KR101323915B1 - Installation of spliced electrical transmission cables - Google Patents
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Abstract
전기 전송 케이블을 설치하는 방법은 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 전기 전송 케이블을 제공하는 단계를 포함한다. 케이블은 제1 단부와 제2 단부 사이에 가요성, 완전 인장 스플라이스를 포함한다. 또한, 전기 전송 케이블은 적어도 하나의 복합 와이어를 포함한다. 또한, 가요성, 완전 인장 스플라이스는 제1 도르래 조립체를 거쳐 당겨진다.The method of installing an electrical transmission cable includes providing an electrical transmission cable extending from a first end to a second end. The cable includes a flexible, fully tensioned splice between the first end and the second end. The electrical transmission cable also includes at least one composite wire. In addition, the flexible, fully tensioned splice is pulled through the first pulley assembly.
케이블, 와이어, 섬유, 스플라이스, 도르래 Cable, wire, fiber, splice, pulley
Description
복합 와이어는 실질적으로 연속적이며 종방향으로 연장하는 섬유로 보강된 매트릭스 재료(matrix material)를 전형적으로 포함한다. 복합 와이어의 예는 섬유(예를 들어, 탄소 및 세라믹 섬유)로 보강된 금속 또는 중합체 매트릭스 재료를 포함한다. 가공 전력 전송 케이블(overhead electrical power transmission cable) 내에서의 몇몇 복합 와이어의 사용이 특히 관심의 대상이다. 그러한 와이어의 많은 실시 형태가 전통적인 전송 케이블보다 많은 전력 전달을 제공할 수 있고, 따라서 기존의 전기 전송 기반 시설에 의한 증가된 전력 전달 용량을 가능하게 하였다.Composite wire typically comprises a matrix material reinforced with fibers that are substantially continuous and extend in the longitudinal direction. Examples of composite wires include metal or polymer matrix materials reinforced with fibers (eg, carbon and ceramic fibers). Of particular interest is the use of some composite wires in overhead electrical power transmission cables. Many embodiments of such wire can provide more power transfer than traditional transmission cables, thus allowing for increased power delivery capacity by existing electrical transmission infrastructure.
설치하는 동안, 전송 케이블은 전형적으로 공급 릴(supply reel) 상에 제공되어, 릴로부터 현수 탑(suspension tower)에 매달려 있는 일련의 도르래(sheave)를 거쳐 당겨진다. 도르래 조립체를 거쳐 케이블을 당기거나 달리 인장시킬 때, 케이블을 최소 굽힘 반경 미만의 반경으로 굽히지 않도록 주의해야 하는데, 이는 케이블을 굽히는 동안의 과도한 장력이 예를 들어 케이블 코어에 대한 손상을 일으킬 수 있기 때문이다. 일반적으로, 허용되는 굽힘량은 케이블 장력이 증가함에 따라 감소한다. 그러나, 복합 와이어를 포함하는 전송 케이블의 최소 굽힘 강도는 전형적으로 복합 와이어를 이용하지 않는 전통적인 전송 케이블보다 높다.During installation, the transmission cable is typically provided on a supply reel, which is pulled from the reel through a series of sheaves suspended from a suspension tower. When pulling or otherwise tensioning the cable through the pulley assembly, care should be taken not to bend the cable to a radius below the minimum bending radius, since excessive tension during bending of the cable can cause damage to the cable core, for example. to be. In general, the allowable amount of bending decreases with increasing cable tension. However, the minimum bending strength of transmission cables comprising composite wires is typically higher than traditional transmission cables that do not use composite wires.
또한, 전기 전송 케이블은 무한한 길이로 이용될 수 없고, 그와 같은 일련의 전기 전송 케이블은 충분히 긴 케이블 스팬을 제공하기 위해 단부 대 단부로 주기적으로 연결(즉, 스플라이싱)된다. 설치된 전기 전송 케이블 내의 스플라이스는 완전 인장 스플라이스인 것이 바람직하다. 또한, 전송 케이블을 도르래 조립체를 거쳐 당기기 전에 일련의 케이블의 단부들을 완전 인장 스플라이스에 의해 연결하는 것이 바람직하다.Also, electrical transmission cables cannot be used in infinite lengths, and such series of electrical transmission cables are periodically connected (ie spliced) end to end to provide a sufficiently long cable span. The splice in the installed electrical transmission cable is preferably a fully tensile splice. It is also desirable to connect the ends of a series of cables by a fully tensioned splice before pulling the transmission cable through the pulley assembly.
강철 코어 와이어를 갖는 종래의 전기 전송 케이블에 대해 사용되는 스플라이스는 전형적으로 알루미늄 및 강철 튜브로 형성된 강성 압축 스플라이스이다. 그러한 압축 스플라이스의 강성은, 스플라이스 자체를 영구적으로 굽히거나, 변형시키거나, 또는 달리 그에 대한 응력 손상을 일으킬 높은 위험 또는 예컨대 스플라이싱된 케이블이 강성 스플라이스로 전이되는 위치에서 스플라이싱된 케이블을 손상시킬 위험 없이, 스플라이스가 도르래를 거쳐 당겨지는 것을 방해한다. 특히, "핀치 지점"(pinch point) 또는 다른 작은 굽힘 반경 지점이 강성 스플라이스의 단부에 형성되며, 그럼으로써 전송 케이블의 높은 손상 위험을 발생시킨다.Splices used for conventional electrical transmission cables with steel core wires are rigid compression splices typically formed of aluminum and steel tubes. The stiffness of such a compressed splice splices at a high risk of permanently bending, deforming the splice itself, or otherwise causing stress damage to it or at a location where, for example, the spliced cable transitions to a rigid splice. It prevents the splice from being pulled through the pulley without risking damaging the cable. In particular, a "pinch point" or other small bending radius point is formed at the end of the rigid splice, thereby creating a high risk of damage to the transmission cable.
그러한 영향을 감소시키기 위해, 튜브의 각각의 단부에서 고무 부싱을 구비한 알루미늄 튜브로 형성된 스플라이스 커버가 때때로 이러한 강성 스플라이스 위에 배치되어, 강성 스플라이스 및 스플라이싱된 강철 코어 케이블에 대한 손상을 감소시키는 것을 돕는다. 그러나, 이러한 대책은 잔존하는 손상 위험으로 인해 강철 코어 케이블에서 거의 사용되지 않는다.To reduce such effects, splice covers formed of aluminum tubes with rubber bushings at each end of the tube are sometimes placed over these rigid splices to prevent damage to the rigid splices and spliced steel core cables. Helps to reduce. However, these measures are rarely used in steel core cables because of the risk of residual damage.
성형 와이어 유형의 스플라이스와 같은 보다 가요성인 완전 인장 스플라이스가 복합 와이어 케이블들을 연결하기 위해 사용되었다. 그러나, 도르래 조립체를 거쳐 그러한 가요성, 완전 인장 스플라이스를 당기는 방법은 이전에 인식되거나 이용되지 않았다. 특히, 도르래를 거쳐 가요성, 완전 인장 스플라이스를 당기는 대신에, 스플라이싱되지 않은 케이블이 도르래를 거쳐 당겨지고, 이후에 스플라이싱된다. 전송 케이블이 도르래 조립체를 거쳐 매달려 있는 동안 일정 길이의 전기 전송 케이블들 사이에 일시적인 기계적 연결을 제공하기 위해, 소크 스플라이스(sock splice)로도 설명되는 임시 와이어 메시 그립(wire mesh grip)을 사용하는 것과 같은, 설치 중에 복합 와이어 케이블들을 연결하는 다른 방법이 이용된다.More flexible, fully tensioned splices, such as molded wire type splices, have been used to connect composite wire cables. However, methods of pulling such flexible, fully tensioned splices via pulley assemblies have not been previously recognized or used. In particular, instead of pulling the flexible, fully tensioned splice through the pulley, the unspliced cable is pulled through the pulley and subsequently spliced. Using temporary wire mesh grips, also referred to as soak splices, to provide a temporary mechanical connection between electrical transmission cables of some length while the transmission cable is suspended over the pulley assembly. Similarly, other methods of connecting composite wire cables during installation are used.
이러한 와이어 메시 그립을 사용하여 형성된 연결은 케이블 자체의 정격 파단 강도와 비교하여 상대적으로 낮은 강도이고, 임의의 전기적 연결을 제공하지 않는다. 추가로, 이러한 유형의 와이어 메시 그립 연결에 있어서도, 메시 그립 연결부 및 연결된 일정 길이의 케이블들이 도르래 조립체를 거쳐 정위치로 효과적으로 당겨질 수 있는 각도, 장력 및 도르래 직경에 관한 제한이 있다. 예를 들어, 설치 중에, 와이어 메시 그립의 에지에서 케이블이 손상될 수 있다.The connection formed using this wire mesh grip is relatively low in strength compared to the rated breaking strength of the cable itself and does not provide any electrical connection. In addition, for this type of wire mesh grip connection, there are also restrictions on the angle, tension and pulley diameter at which the mesh grip connection and the associated length of cables can be effectively pulled in place via the pulley assembly. For example, during installation, the cable may be damaged at the edge of the wire mesh grip.
도르래를 거친 전송 케이블의 위치 설정에 뒤이어, 와이어 메시 그립은 전형적으로 일정 길이의 케이블들을 접합시키기 위해 사용되는 영구적인 완전 인장 스플라이스로 교체된다. 그러나, 전송 케이블의 위치 설정에 뒤이은 스플라이스의 후속 설치는 (추가의 장비, 시간 및 기타 비용을 비롯한) 설치 단계를 추가하고, 예를 들어 설치자가 일정 길이의 케이블들 사이의 스팬 중간에 스플라이스를 설치 하기 위해 요구되는 필요한 현장 접근을 하지 못하는 경우에 문제가 될 수 있다.Following positioning of the transmission cable through the pulley, the wire mesh grip is typically replaced with a permanent, fully tensioned splice that is used to bond the lengths of the cables. However, subsequent installation of the splices following the positioning of the transmission cable adds installation steps (including additional equipment, time and other costs), for example, where the installer splices in the middle of the span between cables of a certain length. This can be a problem if you do not have the necessary site access required to install the rice.
발명의 개요Summary of the Invention
본 명세서에서 설명되는 본 발명의 일 태양은 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 일 실시 형태에서, 전기 전송 케이블의 설치 방법은 적어도 하나의 복합 와이어를 포함하는 제1 케이블을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 케이블은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 제2 케이블이 또한 제공된다. 제2 케이블은 적어도 하나의 복합 와이어를 포함한다. 제2 케이블은 역시 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 제1 및 제2 케이블의 각각의 복합 와이어는 매트릭스 재료 내의 복수의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 연장하는 섬유를 포함한다. 제1 케이블의 제2 단부는 가요성, 완전 인장 스플라이스를 사용하여 제2 케이블의 제1 단부에 접합된다. 제1 케이블의 제1 단부는 제1 도르래 조립체를 거쳐 안내되고, 제1 도르래 조립체를 거쳐 제1 케이블의 제2 단부로 당겨진다.One aspect of the invention described herein provides a method of installing an electrical transmission cable. In one embodiment according to the invention, a method of installing an electrical transmission cable comprises providing a first cable comprising at least one composite wire. The first cable has a first end and a second end. A second cable is also provided. The second cable includes at least one composite wire. The second cable also has a first end and a second end. Each composite wire of the first and second cables includes a plurality of substantially continuous and longitudinally extending fibers in the matrix material. The second end of the first cable is joined to the first end of the second cable using a flexible, fully tensioned splice. The first end of the first cable is guided through the first pulley assembly and pulled through the first pulley assembly to the second end of the first cable.
본 발명에 따른 다른 실시 형태에서, 전기 전송 케이블의 설치 방법은 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 전기 전송 케이블을 제공하는 단계를 포함한다. 케이블은 제1 단부와 제2 단부 사이에 가요성의 완전 인장 스플라이스를 포함한다. 전기 전송 케이블은 매트릭스 내의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 위치된 섬유들의 적어도 하나의 단선(tow)을 포함한다. 또한, 가요성의 완전 인장 스플라이스는 제1 도르래 조립체를 거쳐 당겨진다.
일부 실시형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 복합 와이어를 포함하며, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 제1 케이블을 제공하는 단계; 적어도 하나의 복합 와이어를 포함하며, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 제2 케이블을 제공하는 단계; 가요성의 완전 인장 스플라이스를 사용하여 제1 케이블의 제2 단부를 제2 케이블의 제1 단부에 접합시키는 단계; 제1 케이블의 제1 단부를 제1 도르래 조립체를 거쳐 안내하는 단계; 제1 케이블을 제1 도르래 조립체를 거쳐 제1 케이블의 제2 단부로 당기는 단계; 및 가요성의 완전 인장 스플라이스를 제1 도르래 조립체를 거쳐 당기는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 케이블의 각각의 복합 와이어는 매트릭스 재료 내의 복수의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 연장하는 섬유를 포함하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 복수의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 연장하는 섬유가 세라믹 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 혼합 중 하나로부터 선택되는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 각각의 복합 와이어의 매트릭스 재료가 알루미늄, 티타늄, 아연, 주석, 마그네슘 및 이들의 합금 중 하나로부터 선택된 금속인, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 각각의 복합 와이어의 매트릭스 재료가 중합체인, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 가요성, 완전 인장 스플라이스가 나선 로드형, 완전 인장 스플라이스인, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 가요성, 완전 인장 스플라이스가 약 10도 내지 약 40도 범위의 꺾임각으로 제1 도르래 조립체를 거쳐 당겨지는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 제1 및 제2 케이블이 각각 정격 파단 강도를 갖고, 또한 가요성, 완전 인장 스플라이스가 제1 및 제2 케이블 각각의 정격 파단 강도의 약 5% 내지 약 20% 범위의 장력에서 제1 도르래 조립체를 거쳐 당겨지는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 제1 및 제2 케이블 각각이 강철 코어가 없는 것인, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 제1 도르래 조립체가 원호를 따라 배치된 도르래의 어레이를 포함하는 것인, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 제1 케이블의 제1 단부를 도르래를 거쳐 안내하는 단계가 제1 및 제2 케이블을 제1 및 제2 케이블을 유지하는 릴로부터 제1 도르래 조립체를 거쳐 직접적인 경로를 따라 당기는 단계를 포함하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은, 제1 케이블의 제1 단부를 제1 도르래 조립체로부터 제2 도르래 조립체를 거쳐 안내하는 단계; 제1 케이블을 제2 도르래 조립체를 거쳐 제1 케이블의 제2 단부로 당기는 단계; 및 가요성, 완전 인장 스플라이스를 제2 도르래 조립체를 거쳐 당기는 단계를 추가로 포함하며, 제1 및 제2 도르래 조립체들이 이격되어 스팬 거리를 형성하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 스팬 거리가 약 61 내지 약 488 m (200 내지 1600 피트) 범위인, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 제1 도르래 조립체가 약 91 ㎝ (36 인치) 이상의 전체 곡률 반경을 형성하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은, 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하며, 제1 단부와 제2 단부 사이에 가요성, 완전 인장 스플라이스를 포함하고, 매트릭스 재료 내의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 위치된 섬유들의 적어도 하나의 단선을 포함하는 전기 전송 케이블을 제공하는 단계; 및 가요성, 완전 인장 스플라이스를 제1 도르래 조립체를 거쳐 당기는 단계를 포함하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 가요성, 완전 인장 스플라이스를 적어도 하나의 후속 도르래 조립체를 거쳐 당기는 단계를 추가로 포함하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 전기 전송 케이블이 제1 단부로부터 제2 단부까지 약 299 미터 (980 피트) 이상의 길이로 연장하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 가요성, 완전 인장 스플라이스가 복수의 나선형으로 권취된 로드를 포함하는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 실질적으로 연속적이며 종방향으로 위치된 섬유들의 단선이 세라믹 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 또한 매트릭스 재료가 알루미늄 및 이의 합금, 티타늄 및 이의 합금, 아연 및 이의 합금, 주석 및 이의 합금, 마그네슘 및 이의 합금, 및 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 전기 전송 케이블이 제1 높이에 위치된 릴 상에서 제공되고, 또한 제1 도르래 조립체가 릴의 제1 높이보다 높은 제2 높이에 유지되는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.
일부 실시형태에서, 본 발명은 전기 전송 케이블이 연관된 최소 도르래 직경을 갖고, 또한 제1 도르래가 공칭 도르래 직경보다 큰 직경을 갖는, 전기 전송 케이블의 설치 방법을 제공한다.In another embodiment according to the present invention, a method of installing an electrical transmission cable includes providing an electrical transmission cable extending from a first end to a second end. The cable includes a flexible fully tensioned splice between the first end and the second end. The electrical transmission cable comprises at least one tow of substantially continuous and longitudinally located fibers in the matrix. In addition, the flexible, fully tensioned splice is pulled through the first pulley assembly.
In some embodiments, the present invention includes providing a first cable comprising at least one composite wire, the first cable having a first end and a second end; Providing a second cable comprising at least one composite wire, the second cable having a first end and a second end; Bonding the second end of the first cable to the first end of the second cable using a flexible, fully tensioned splice; Guiding the first end of the first cable through the first pulley assembly; Pulling the first cable through the first pulley assembly to the second end of the first cable; And pulling the flexible fully tensioned splice through the first pulley assembly, wherein each composite wire of the first and second cables comprises a plurality of substantially continuous and longitudinally extending fibers in the matrix material. To provide an installation method of the electrical transmission cable.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the plurality of substantially continuous and longitudinally extending fibers is selected from one of ceramic fibers, carbon fibers, and mixtures thereof.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the matrix material of each composite wire is a metal selected from one of aluminum, titanium, zinc, tin, magnesium, and alloys thereof.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the matrix material of each composite wire is a polymer.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the flexible, fully tensioned splice is a spiral rod-like, fully tensioned splice.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable wherein the flexible, fully tensioned splice is pulled through the first pulley assembly at an angle of inclination in the range of about 10 degrees to about 40 degrees.
In some embodiments, the present invention provides that the first and second cables each have a rated breaking strength, and wherein the flexible, full tensile splice is about 5% to about 20% of the rated breaking strength of each of the first and second cables. A method of installing an electrical transmission cable, which is pulled through a first pulley assembly at a range of tensions.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein each of the first and second cables is free of a steel core.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the first pulley assembly comprises an array of pulleys disposed along an arc.
In some embodiments, the present invention provides that the step of guiding the first end of the first cable through the pulley takes a direct path from the reel holding the first and second cables through the first pulley assembly through the first pulley assembly. A method of installing an electrical transmission cable, comprising the step of pulling along, is provided.
In some embodiments, the present invention includes: guiding a first end of a first cable from a first pulley assembly through a second pulley assembly; Pulling the first cable through the second pulley assembly to the second end of the first cable; And pulling the flexible, fully tensioned splice through the second pulley assembly, wherein the first and second pulley assemblies are spaced apart to form a span distance.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable having a span distance in the range of about 61 to about 488 m (200 to 1600 feet).
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the first pulley assembly forms an overall radius of curvature of at least about 36 inches (91 cm).
In some embodiments, the present invention extends from the first end to the second end and includes a flexible, fully tensioned splice between the first and second ends and is substantially continuous and longitudinally within the matrix material. Providing an electrical transmission cable comprising at least one disconnection of the positioned fibers; And pulling the flexible, fully tensioned splice through the first pulley assembly.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable further comprising pulling a flexible, fully tensioned splice through at least one subsequent pulley assembly.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the electrical transmission cable extends at least about 299 meters (980 feet) from the first end to the second end.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the flexible, fully tensioned splice comprises a plurality of helically wound rods.
In some embodiments, the present invention provides that the solid wire of substantially continuous and longitudinally positioned fibers is selected from the group consisting of ceramic fibers, carbon fibers and mixtures thereof, and wherein the matrix material is aluminum and alloys thereof, titanium and alloys thereof. And a method for installing an electrical transmission cable selected from the group consisting of zinc and alloys thereof, tin and alloys thereof, magnesium and alloys thereof, and polymers.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the electrical transmission cable is provided on a reel positioned at a first height and the first pulley assembly is maintained at a second height higher than the first height of the reel. to provide.
In some embodiments, the present invention provides a method of installing an electrical transmission cable, wherein the electrical transmission cable has an associated minimum pulley diameter and the first pulley has a diameter larger than the nominal pulley diameter.
놀랍게도, 본 출원인은 매트릭스 내의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 위치된 섬유들의 적어도 하나의 단선을 포함하며 가요성, 완전 인장 스플라이스를 갖 는 전기 전송 케이블을, 케이블 및 스플라이스에 대한 유의한 손상 없이, 도르래 조립체를 거쳐 설치할 수 있다는 것을 발견하였다.Surprisingly, Applicant has developed an electrical transmission cable comprising at least one disconnection of substantially continuous and longitudinally positioned fibers in a matrix and having a flexible, fully tensioned splice, without significant damage to the cable and splice. It has been found that it can be installed via a pulley assembly.
여러 도면에서 동일한 도면 부호가 동일한 부분을 지칭하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 추가로 설명될 것이다.The invention will be further described with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to like parts throughout the several views.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시 형태에 따른 전기 전송 케이블을 설치하는 방법의 개략도.1 is a schematic diagram of a method of installing an electrical transmission cable according to one exemplary embodiment of the present invention;
도 2A 내지 도 2C는 예시적인 가요성, 완전 인장 스플라이스를 도시하는 정면도.2A-2C are front views illustrating exemplary flexible, fully tensioned splices.
도 3 및 도 4는 복합 와이어의 코어를 갖는 가공 전력 전송 케이블의 2개의 예시적인 실시 형태의 개략적인 단면도.3 and 4 are schematic cross-sectional views of two exemplary embodiments of overhead power transmission cable having a core of a composite wire.
도 5는 복수의 가닥 둘레에 유지 수단을 구비한 꼬인 케이블(stranded cable)의 예시적인 실시 형태의 단부도.5 is an end view of an exemplary embodiment of a stranded cable with retaining means around a plurality of strands.
도 6은 전기 전송 케이블의 예시적인 실시 형태의 단부도.6 is an end view of an exemplary embodiment of an electrical transmission cable.
도 7은 본 발명에 따라 용융된 금속으로 섬유를 침윤시키기 위해 사용되는 예시적인 초음파 침윤 장치의 개략도.7 is a schematic of an exemplary ultrasonic infiltration apparatus used to infiltrate fibers with molten metal in accordance with the present invention.
도 8, 도 8A 및 도 8B는 본 발명에 따른 케이블을 제조하기 위해 사용되는 예시적인 스트랜딩 장치(stranding apparatus)의 개략도.8, 8A and 8B are schematic diagrams of exemplary stranding apparatus used to make a cable according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 시험 도르래를 거쳐 당겨지는 스플라이스를 시험하기 위한 예시적인 시험 장치의 개략도.9 is a schematic diagram of an exemplary test apparatus for testing a splice pulled through a test pulley in accordance with the present invention.
이하의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하며, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시 형태가 예시적으로 도시된 첨부 도면을 참조하기로 한다. 이와 관련하여, "상부", "하부", "전방", "후방", "선단", "후단" 등과 같은 방향 용어는 설명되는 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 형태의 구성요소들이 복수의 상이한 배향으로 위치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 예시의 목적으로 사용되며 결코 제한하는 것이 아니다. 다른 실시 형태가 이용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로, 다음의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해지지 않아야 하고, 본 발명의 범주는 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된다.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terms such as "top", "bottom", "front", "rear", "front", "rear", etc. are used in connection with the orientation of the illustrated drawing (s). As components of embodiments of the present invention can be positioned in a plurality of different orientations, the direction term is used for illustrative purposes and is by no means limiting. It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the following detailed description is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
도 1을 참조하면, 전송 케이블(12)을 가공 구성(overhead configuration)으로 매달기 위한 예시적인 케이블 설치 시스템(10)이 도시되어 있다. 시스템(10)은 전송 케이블(12)을 인장 상태 하에서 이송하기 위한 인장기(tensioner, 14), 제1 현수 탑(18)에 의해 유지되는 제1 도르래 조립체(16), 제2 현수 탑(22)에 의해 유지되는 제2 도르래 조립체(20), 및 전송 케이블(12)을 인장기(14)로부터 제1 및 제2 도르래 조립체(16, 20)를 거쳐 당기기 위한 견인기(tugger, 24)를 포함한다. 2개의 도르래 조립체만이 도시되어 있지만, 시스템(10)은 선택적으로 대응하는 현수 탑 또는 기타 적절한 구조물에 의해 유지되는 임의의 원하는 개수의 추가의 도르래 조립체를 포함한다는 것을 이해하여야 한다.Referring to FIG. 1, an exemplary
예시적인 일 실시 형태에서, 전송 케이블(12)은 제1 케이블(26), 제2 케이블(28), 및 제3 케이블(30)을 포함한다. 전송 케이블(12)은 제1 및 제2 케이블(26, 28)들을 접합시키는 제1 스플라이스(32)와, 제2 및 제3 케이블(28, 30)들을 접합시키는 제2 스플라이스(34)를 또한 포함한다. 제1 케이블(26)은 견인기(24)에 의해 유지되는 선단부(36)로부터 제1 스플라이스(32) 내에 부분적으로 배치된 후단부(38)로 연장한다. 제2 케이블(28)은 제1 스플라이스(32) 내에 부분적으로 배치된 선단부(40)로부터 제2 스플라이스(34) 내에 부분적으로 배치된 후단부(42)로 연장한다. 제3 케이블(30)은 유사하게 제2 스플라이스(34) 내에 부분적으로 배치된 선단부(44)로부터 인장기(14)에 의해 유지되는 후단부(46)로 연장한다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제1, 제2 및 제3 케이블(26, 28, 30) 각각은 길이가 약 300 미터(약 980 피트) 이상이지만, 다른 치수도 고려된다. 몇몇 실시 형태에서, 제1, 제2 및 제3 케이블(26, 28, 30) 각각은 길이가 약 305, 610, 914, 1219, 1524, 1829, 2164, 2438, 2743 미터 (1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000 피트) 이상, 또는 심지어 약 3048 미터 (10,000 피트) 이상이다.In one exemplary embodiment, the
추가로, 그리고 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세하게 후술될 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 케이블 각각을 포함하는 전송 케이블은 매트릭스 재료 내의 복수의 실질적으로 연속적이며 종방향으로 연장하는 보강 섬유를 포함하는 적어도 하나의 복합 와이어를 포함한다.In addition, and as will be described in detail below with reference to FIGS. 3-6, a transmission cable comprising each of the first, second, and third cables may comprise a plurality of substantially continuous and longitudinally extending reinforcements in the matrix material. At least one composite wire comprising fibers.
전형적으로, 코어의 분율(즉, 전체 케이블에 대한 코어의 면적 분율로서 케이블 단면에 대해 표현되는 전체 케이블에 대한 코어의 분율)은 약 5% 내지 30% 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 전체 케이블에 대한 코어의 분율은 2% 이상, 5%, 8%, 10%, 12%, 15%, 18%, 20%, 22%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% 이상, 또는 심지어 60% 이상이다.Typically, the fraction of cores (ie, the fraction of cores for the entire cable expressed in terms of cable cross-section as the area fraction of the core for the entire cable) ranges from about 5% to 30%. In some embodiments, the fraction of cores for the entire cable is at least 2%, 5%, 8%, 10%, 12%, 15%, 18%, 20%, 22%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% or more, or even 60% or more.
예시적인 매트릭스 재료는 금속 매트릭스 재료, 예컨대 알루미늄, 티타늄, 아연, 주석, 마그네슘 및 이들의 합금(예를 들어, 알루미늄과 구리의 합금)과, 중합체 매트릭스 재료, 예컨대 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스말레이미드 수지 및 열가소성 수지를 포함한다.Exemplary matrix materials include metal matrix materials such as aluminum, titanium, zinc, tin, magnesium and alloys thereof (eg, alloys of aluminum and copper), and polymeric matrix materials such as epoxy, esters, vinyl esters, polyimides Polyesters, cyanate esters, phenol resins, bismaleimide resins and thermoplastic resins.
복합 와이어를 제조하기에 적합한 연속적인(즉, 평균 섬유 직경에 비해 상대적으로 무한한 길이를 갖는) 섬유의 예는 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 그라파이트 섬유, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), 텅스텐 섬유, 및 형상 기억 합금(즉, 금속 합금이 변태 온도 미만에서 쌍정 형성 메커니즘(twinning mechanism)에 의해 변형될 수 있으며, 그러한 변형은 쌍정 구조가 변태 온도 초과로의 가열 시에 원래의 상으로 복원될 때 가역적인, 마르텐사이트 변태를 겪는 금속 합금) 섬유를 포함한다. 세라믹 섬유는 유리, 탄화규소 섬유, 및 세라믹 옥사이드 섬유를 포함한다. 전형적으로, 세라믹 섬유는 결정질 세라믹(즉, 식별 가능한 X-선 분말 회절 패턴을 나타냄) 및/또는 결정질 세라믹과 유리의 혼합물(즉, 섬유는 결정질 세라믹 및 유리 상 모두를 포함할 수 있음)이지만, 이들은 또한 유리일 수도 있다. 몇몇 실시 형태에서, 섬유는 50 중량% 이상(몇몇 실시 형태에서는 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 이상 또는 심지어 100 중량%) 결정질이다. 적합한 결정질 세라믹 옥사이드 섬유의 예는 내화 섬유, 예컨대 알루미나 섬유, 알루미노실리케이트 섬유, 알루미노보레이트 섬유, 알루미노보로실리케이트 섬유, 지르코니아-실리카 섬유 및 이들의 조합을 포함한다.Examples of continuous (ie, relatively infinite length relative to average fiber diameter) fibers suitable for making composite wires include aramid fibers, boron fibers, carbon fibers, ceramic fibers, graphite fibers, poly (p-phenylene- 2,6-benzobisoxazole), tungsten fibers, and shape memory alloys (i.e., metal alloys may be deformed by twinning mechanisms below the transformation temperature, such modifications in which the twin structure exceeds the transformation temperature). Metal alloys that undergo reversible martensite transformation when restored to their original phase upon heating of the furnace. Ceramic fibers include glass, silicon carbide fibers, and ceramic oxide fibers. Typically, the ceramic fiber is a crystalline ceramic (ie, exhibits an identifiable X-ray powder diffraction pattern) and / or a mixture of crystalline ceramic and glass (ie, the fibers may comprise both crystalline ceramic and glass phases), They may also be glass. In some embodiments, the fiber is at least 50% by weight (in some
몇몇 실시 형태에서, 섬유가 섬유의 총 부피 기준으로 40 부피% 이상(몇몇 실시 형태에서는 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 이상 또는 심지어 100 부피%)의 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다. 몇몇 실시 형태에서, 섬유가 섬유의 총 부피 기준으로 40 내지 70 부피% 범위(몇몇 실시 형태에서는 55 내지 70, 또는 심지어 55 내지 65 부피% 범위)의 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다.In some embodiments, the fiber is at least 40% by volume based on the total volume of the fiber (in some
또한, 예시적인 유리 섬유는, 예를 들어 미국 뉴욕주 코닝 소재의 코닝 글래스(Corning Glass)로부터 입수가능하다. 전형적으로, 연속 유리 섬유는 평균 섬유 직경이 약 3 마이크로미터 내지 약 19 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 유리 섬유는 평균 인장 강도가 3 ㎬, 4 ㎬ 이상 및/또는 심지어 5 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 유리 섬유는 모듈러스(modulus)가 약 60 ㎬ 내지 95 ㎬, 또는 약 60 ㎬ 내지 약 90 ㎬ 범위이다.Exemplary glass fibers are also available, for example, from Corning Glass, Corning, NY. Typically, continuous glass fibers have an average fiber diameter in the range of about 3 micrometers to about 19 micrometers. In some embodiments, the glass fibers have an average tensile strength of at least 3 kPa, 4 kPa and / or even at least 5 kPa. In some embodiments, the glass fibers have a modulus in the range of about 60 kPa to 95 kPa, or about 60 kPa to about 90 kPa.
알루미나 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,954,462호(우드(Wood) 등) 및 제5,185,299호(우드 등)에 설명되어 있다. 몇몇 실시 형태에서, 알루미나 섬유는 다결정질 알파 알루미나 섬유이며, 이론적 옥사이드 기준으로, 알루미나 섬유의 총 중량 기준으로 99 중량% 초과의 Al2O3 및 0.2 내지 0.5 중량%의 SiO2를 포함한다. 다른 태양에서, 몇몇 바람직한 다결정질 알파 알루미나 섬유는 평균 그레인(grain) 크기가 1 마이크로미터 미만(또는 몇몇 실시 형태에서는, 심지어 0.5 마이크로미터 미만)인 알파 알루미나를 포함한다. 다른 태양에서, 몇몇 실시 형태에서는, 다결정질 알파 알루미나 섬유는 미국 특허 제6,460,597호(맥컬로우(McCullough) 등)에 설명된 인장 강도 시험에 따라 측정할 때, 평균 인장 강도가 1.6 ㎬ 이상(몇몇 실시 형태에서는 2.1 ㎬ 이상, 또는 심지어 2.8 ㎬ 이상)이다. 예시적인 알파 알루미나 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 "넥스텔(NEXTEL) 610"이라는 상표명으로 시판된다.Alumina fibers are described, for example, in U.S. Patent No. 4,954,462 (Wood et al.) And U.S. No. 5,185,299 (Wood et al.). In some embodiments, the alumina fibers are polycrystalline alpha alumina fibers and comprise greater than 99 weight percent Al 2 O 3 and 0.2 to 0.5 weight percent SiO 2 based on the total weight of the alumina fibers on a theoretical oxide basis. In other aspects, some preferred polycrystalline alpha alumina fibers include alpha alumina having an average grain size of less than 1 micrometer (or in some embodiments, even less than 0.5 micrometer). In another embodiment, in some embodiments, the polycrystalline alpha alumina fiber has an average tensile strength of at least 1.6 kPa when measured according to the tensile strength test described in US Pat. No. 6,460,597 (McCullough et al.). In the form of 2.1 kV or more, or even 2.8 kW or more). Exemplary alpha alumina fibers are sold under the trade name "NEXTEL 610" by 3M Company, St. Paul, Minnesota, USA.
알루미노실리케이트 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,047,965호(칼스트(Karst) 등)에 설명되어 있다. 예시적인 알루미노실리케이트 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 440", "넥스텔 550" 및 "넥스텔 720"이라는 상표명으로 시판된다.Aluminosilicate fibers are described, for example, in US Pat. No. 4,047,965 (Karst et al.). Exemplary aluminosilicate fibers are marketed under the trade names "Nextel 440", "Nextel 550" and "Nextel 720" by 3M Company, St. Paul, Minnesota, USA.
알루미늄보레이트 및 알루미노보로실리케이트 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,795,524호(소우맨(Sowman))에 설명되어 있다. 예시적인 알루미노보로실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 312"라는 상표명으로 시판된다.Aluminum borate and aluminoborosilicate fibers are described, for example, in US Pat. No. 3,795,524 (Sowman). Exemplary aluminoborosilicate fibers are marketed under the name "Nextel 312" by 3M Company.
지르코니아-실리카 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,709,706호(소우맨)에 설명되어 있다.Zirconia-silica fibers are described, for example, in US Pat. No. 3,709,706 (Soman).
전형적으로, 연속 세라믹 섬유는 평균 섬유 직경이 약 5 마이크로미터 이상, 더욱 전형적으로 약 5 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 범위이며, 몇몇 실시 형태에서는 약 5 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위이다.Typically, continuous ceramic fibers have an average fiber diameter of at least about 5 micrometers, more typically in the range of about 5 micrometers to about 20 micrometers, and in some embodiments in the range of about 5 micrometers to about 15 micrometers.
전형적으로, 세라믹 섬유는 단선(tow) 형태이다. 단선은 섬유 분야에서 알려져 있으며, 전형적으로 일반적으로 꼬이지 않은(untwisted) 복수의 (개별) 섬유(전형적으로 100개 이상의 섬유, 더욱 전형적으로는 400개 이상의 섬유)를 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 단선은 단선 당 780개 이상의 개별 섬유를, 그리고 몇몇 경우에는 단선 당 2600개 이상의 개별 섬유, 또는 단선 당 5200개 이상의 개별 섬유를 포함한다. 다양한 세라믹 섬유의 단선은 300 미터, 500 미터, 750 미터, 1000 미터, 1500 미터 및 그 이상의 길이를 비롯한 다양한 길이로 입수가능하다. 섬유는 원형, 타원형 또는 도그본형(dogbone)인 단면 형상을 가질 수도 있다.Typically, the ceramic fibers are in the form of a tow. Solid wire is known in the fiber art and typically comprises a plurality of (individual) fibers (typically at least 100 fibers, more typically at least 400 fibers) that are untwisted. In some embodiments, a single wire comprises at least 780 individual fibers per wire, and in some cases at least 2600 individual fibers per wire, or at least 5200 individual fibers per wire. Solid wires of various ceramic fibers are available in various lengths, including lengths of 300 meters, 500 meters, 750 meters, 1000 meters, 1500 meters and more. The fibers may have a cross-sectional shape that is circular, elliptical or dogbone.
예시적인 붕소 섬유는, 예를 들어 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 텍스트론 스페셜티 파이버즈, 인크.(Textron Specialty Fibers, Inc.)로부터 구매가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 붕소 섬유는 평균 섬유 직경이 약 80 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터 범위이다. 더욱 전형적으로, 평균 섬유 직경은 150 마이크로미터 이하, 가장 전형적으로 95 마이크로미터 내지 145 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 붕소 섬유는 평균 인장 강도가 3 ㎬ 이상, 및/또는 심지어 3.5 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 붕소 섬유는 모듈러스가 약 350 ㎬ 내지 약 450 ㎬ 범위, 또는 심지어 약 350 ㎬ 내지 약 400 ㎬ 범위이다.Exemplary boron fibers are commercially available, for example, from Textron Specialty Fibers, Inc. of Lowell, Mass., USA. Typically, such fibers are on the order of 50 meters or more and may even be a few kilometers or more in length. Typically, continuous boron fibers have an average fiber diameter in the range of about 80 micrometers to about 200 micrometers. More typically, the average fiber diameter is no greater than 150 micrometers, most typically between 95 micrometers and 145 micrometers. In some embodiments, the boron fibers have an average tensile strength of at least 3 kPa, and / or even at least 3.5 kPa. In some embodiments, the boron fibers have a modulus in the range of about 350 mm 3 to about 450 mm 3, or even in the range of about 350 mm 3 to about 400 mm 3.
또한, 예시적인 탄화규소 섬유는, 예를 들어 미국 캘리포니아주 샌 디에고 소재의 씨오아이 세라믹스(COI Ceramics)에 의해 500개 섬유의 단선으로 "니칼론"(NICALON)이라는 상표명으로, 일본 소재의 우베 인더스트리즈(Ube Industries)로부터 "타이라노"(TYRANNO)라는 상표명으로, 그리고 미국 미시건주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 "실라믹"(SYLRAMIC)이라는 상표명으로 시판된다.Exemplary silicon carbide fibers may also be obtained by cutting 500 fibers by COI Ceramics, San Diego, CA, under the trade designation "NICALON ", Ube Industries, Inc. of Japan, Sold under the trademark "TYRANNO" by Ube Industries, and "SYLRAMIC" by Dow Corning of Midland, Michigan, USA.
예시적인 탄화규소 모노필라멘트 섬유는, 예를 들어 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 스페셜티 머티리얼즈, 인크.(Specialty Materials, Inc.)에 의해 "SCS-9", "SCS-6" 및 "Ultra-SCS"라는 상표명으로 시판된다.Exemplary silicon carbide monofilament fibers are, for example, "SCS-9", "SCS-6" and "Ultra-SCS" by Specialty Materials, Inc., Lowell, Mass., USA. Is sold under the trade name.
탄소 섬유는, 예를 들어 미국 조지아주 알파레타 소재의 아모코 케미칼즈(Amoco Chemicals)로부터 2000개, 4000개, 5000개 및 12,000개 섬유의 단선으로 "쏘넬 카본"(THORNEL CARBON)이라는 상표명으로, 미국 코네티컷주 스탬포드 소재의 헥셀 코포레이션(Hexcel Corporation)으로부터, 미국 캘리포니아주 새크라멘토 소재의 그래필, 인크.(Grafil, Inc.) (미쯔비시 레이온 컴퍼니(Mitsubishi Rayon Co.)의 자회사)로부터 "파이로필"(PYROFIL)이라는 상표명으로, 일본 도쿄 소재의 토레이(Toray)로부터 "토레이카"(TORAYCA)라는 상표명으로, 토호 레이온 오브 재팬, 엘티디.(Toho Rayon of Japan, Ltd.)로부터 "베스파이트"(BESFIGHT)라는 상표명으로, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 졸텍 코포레이션(Zoltek Corporation)으로부터 "패넥스"(PANEX) 및 "파이론"(PYRON)이라는 상표명으로, 그리고 미국 뉴저지주 와이코프 소재의 인코 스페셜 프로덕츠(Inco Special Products)로부터 "12K20" 및 "12K50"이라는 상표명(니켈 코팅 탄소 섬유)으로 입수가능하다. 전형적으로, 연속 탄소 섬유는 평균 섬유 직경이 약 4 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터, 약 4.5 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터, 또는 심지어 약 5 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터 범위이다.Carbon fibers are trademarked, for example, under the trade name "THORNEL CARBON" from Amoco Chemicals, Alpharetta, GA, USA, in single wires of 2000, 4000, 5000 and 12,000 fibers. From Hexel Corporation, Stamford, Connecticut, from Grafil, Inc., a subsidiary of Mitsubishi Rayon Co., Sacramento, Calif. Under the trade name "PYROFIL", from Toray, Tokyo, Japan under the trade name "TORAYCA", from Toho Rayon of Japan, Ltd. "Best Fight" (BESFIGHT) under the trade names "PANEX" and "PYRON" from Zoltek Corporation in St. Louis, Missouri, and Waiko, New Jersey, USA Available under the trade names " 12K20 " and " 12K50 " (nickel-coated carbon fiber) from Inco Special Products. Typically, the continuous carbon fibers have an average fiber diameter in the range of about 4 micrometers to about 12 micrometers, about 4.5 micrometers to about 12 micrometers, or even about 5 micrometers to about 10 micrometers.
예시적인 그라파이트 섬유는, 예를 들어 미국 조지아주 알파레타 소재의 비피 아모코(BP Amoco)에 의해 1000개, 3000개 및 6000개 섬유의 단선으로 "T-300"이라는 상표명으로 시판된다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 그라파이트 섬유는 평균 섬유 직경이 약 4 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터, 약 4.5 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터, 또는 심지어 약 5 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 그라파이트 섬유는 평균 인장 강도가 1.5 ㎬, 2 ㎬, 3 ㎬ 이상, 또는 심지어 4 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 그라파이트 섬유는 모듈러스가 약 200 ㎬ 내지 약 1200 ㎬ 범위, 또는 심지어 약 200 ㎬ 내지 약 1000 ㎬ 범위이다.Exemplary graphite fibers are sold, for example, under the trade name “T-300” in solid wire of 1000, 3000 and 6000 fibers by BP Amoco, Alpharetta, GA. Typically, such fibers are on the order of 50 meters or more and may even be a few kilometers or more in length. Typically, continuous graphite fibers have an average fiber diameter in the range of about 4 micrometers to about 12 micrometers, about 4.5 micrometers to about 12 micrometers, or even about 5 micrometers to about 10 micrometers. In some embodiments, the graphite fibers have an average tensile strength of at least 1.5 kPa, 2 kPa, 3 kPa, or even 4 kPa. In some embodiments, the graphite fibers have a modulus in the range of about 200 mm 3 to about 1200 mm 3, or even in the range of about 200 mm 3 to about 1000 mm 3.
예시적인 텅스텐 섬유는, 예를 들어 미국 캘리포니아주 그로버 비치 소재의 캘리포니아 파인 와이어 컴퍼니(California Fine Wire Company)로부터 입수가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 텅스텐 섬유는 평균 섬유 직경이 약 100 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터, 약 150 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터, 또는 심지어 약 200 마이크로미터 내지 약 400 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 텅스텐 섬유는 평균 인장 강도가 0.7 ㎬, 1 ㎬, 1.5 ㎬, 2 ㎬ 이상, 또는 심지어 2.3 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 텅스텐 섬유는 모듈러스가 400 ㎬ 초과 내지 대략 420 ㎬ 이하, 또는 심지어 415 ㎬ 이하이다.Exemplary tungsten fibers are available, for example, from the California Fine Wire Company, Grover Beach, California. Typically, such fibers are on the order of 50 meters or more and may even be a few kilometers or more in length. Typically, continuous tungsten fibers have an average fiber diameter in the range of about 100 micrometers to about 500 micrometers, about 150 micrometers to about 500 micrometers, or even about 200 micrometers to about 400 micrometers. In some embodiments, the tungsten fiber has an average tensile strength of at least 0.7 kPa, 1 kPa, 1.5 kPa, 2 kPa, or even 2.3 kPa. In some embodiments, the tungsten fibers have a modulus of greater than 400 kPa and up to about 420 kPa, or even 415 kPa or less.
예시적인 형상 기억 합금 섬유는, 예를 들어 미국 펜실베니아주 웨스트 화이트랜드 소재의 존슨 매티(Johnson Matthey)로부터 입수가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 형상 기억 합금 섬유는 평균 섬유 직경이 약 50 마이크로미터 내지 약 400 마이크로미터, 약 50 내지 약 350 마이크로미터, 또는 심지어 약 100 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 형상 기억 합금 섬유는 평균 인장 강도가 0.5 ㎬ 이상, 및/또는 심지어 1 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 형상 기억 합금 섬유는 모듈러스가 약 20 ㎬ 내지 약 100 ㎬, 또는 심지어 약 20 ㎬ 내지 약 90 ㎬ 범위이다.Exemplary shape memory alloy fibers are available, for example, from Johnson Matthey, West Whiteland, Pennsylvania. Typically, such fibers are on the order of 50 meters or more and may even be a few kilometers or more in length. Typically, continuous shape memory alloy fibers have an average fiber diameter in the range of about 50 micrometers to about 400 micrometers, about 50 to about 350 micrometers, or even about 100 micrometers to about 300 micrometers. In some embodiments, the shape memory alloy fibers have an average tensile strength of at least 0.5 kPa, and / or even at least 1 kPa. In some embodiments, the shape memory alloy fibers have a modulus ranging from about 20 kPa to about 100 kPa, or even from about 20 kPa to about 90 kPa.
예시적인 아라미드 섬유는, 예를 들어 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀퐁(DuPont)으로부터 "케블라(KEVLAR)"라는 상표명으로 입수가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속적인 아라미드 섬유는 평균 섬유 직경이 약 10 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 아라미드 섬유는 평균 인장 강도가 2.5 ㎬, 3 ㎬, 3.5 ㎬, 4 ㎬ 이상, 또는 심지어 4.5 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 아라미드 섬유는 모듈러스가 약 80 ㎬ 내지 약 200 ㎬, 또는 심지어 약 80 ㎬ 내지 약 180 ㎬ 범위이다.Exemplary aramid fibers are available, for example, under the trade name "KEVLAR" from DuPont, Wilmington, Delaware, USA. Typically, such fibers are on the order of 50 meters or more and may even be a few kilometers or more in length. Typically, continuous aramid fibers have an average fiber diameter in the range of about 10 micrometers to about 15 micrometers. In some embodiments, the aramid fibers have an average tensile strength of 2.5 kPa, 3 kPa, 3.5 kPa, 4 kPa or more, or even 4.5 kPa or more. In some embodiments, the aramid fibers have a modulus ranging from about 80 mm 3 to about 200 mm 3, or even from about 80 mm 3 to about 180 mm 3.
예시적인 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는, 예를 들어 일본 오사카 소재의 토요보 컴퍼니(Toyobo Co.)로부터 "자일론"(ZYLON)이라는 상표명으로 입수가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는 평균 섬유 직경이 약 8 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는 평균 인장 강도가 3 ㎬, 4 ㎬, 5 ㎬, 6 ㎬ 이상, 또는 심지어 7 ㎬ 이상이다. 몇몇 실시 형태에서, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는 모듈러스가 약 150 ㎬ 내지 약 300 ㎬, 또는 심지어 약 150 ㎬ 내지 약 275 ㎬ 범위이다.Exemplary poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers are available, for example, under the trade name " ZYLON " from Toyobo Co., Osaka, Japan. . Typically, such fibers are on the order of 50 meters or more and may even be a few kilometers or more in length. Typically, continuous poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers have an average fiber diameter in the range of about 8 micrometers to about 15 micrometers. In some embodiments, the poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers have an average tensile strength of at least 3 kPa, 4 kPa, 5 kPa, 6 kPa, or even 7 kPa. In some embodiments, the poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers have a modulus in the range of about 150 kPa to about 300 kPa, or even about 150 kPa to about 275 kPa.
아라미드, 탄소, 그라파이트, 세라믹, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유(섬유들의 단선 포함)는 전형적으로 세라믹 옥사이드 섬유 중 적어도 일부의 외부 표면의 적어도 일부분 상에 유기 사이징(organic sizing) 재료를 포함한다. 전형적으로, 사이징 재료는 0.5 내지 10 중량% 범위의 추가 중량을 제공한다. 사이징 재료는 윤활성을 제공하고 취급 중에 섬유 가닥을 보호하는 것으로 관찰되었다. 사이징은, 예를 들어 직물로의 변환 중에 섬유의 파단을 감소시키는 경향이 있고, 정전기를 감소시키며, 먼지량을 감소시키는 것으로 여겨진다. 사이징은, 예를 들어 이를 용해시키거나 연소시킴으로써 제거될 수 있다. 바람직하게는, 사이징은 본 발명에 따른 매트릭스 복합 와이어를 형성하기 전에 제거된다. 이러한 방식으로, 복합 와이어를 형성하기 전에, 섬유에는 그 상에 어떠한 사이징도 없게 된다.Aramid, carbon, graphite, ceramic, poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers (including disconnection of fibers) are typically organic sizing on at least a portion of the outer surface of at least some of the ceramic oxide fibers. (organic sizing) material. Typically, the sizing material provides additional weights ranging from 0.5 to 10 weight percent. Sizing materials have been observed to provide lubricity and protect the fiber strands during handling. Sizing tends to reduce the breakage of the fibers, for example during conversion to fabrics, and is believed to reduce static electricity and reduce the amount of dust. Sizing can be removed, for example, by dissolving or burning it. Preferably, the sizing is removed before forming the matrix composite wire according to the present invention. In this way, prior to forming the composite wire, the fiber will have no sizing on it.
매트릭스 재료를 위한 예시적인 금속은 고순도(예를 들어, 99.95% 초과)의 원소 알루미늄 또는 순수한 알루미늄의 구리와 같은 다른 원소와의 합금이다. 전형적으로, 금속 매트릭스 재료는, 매트릭스 재료가 예를 들어 섬유 외부 상에 보호 코팅을 제공할 필요성을 제거하기 위해 섬유와 유의하게 화학적으로 반응하지 않도록(즉, 섬유 재료에 대해 비교적 화학적으로 불활성이도록) 선택된다. 예시적인 금속 매트릭스 재료는 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘 및 이들의 합금(예를 들어, 알루미늄과 구리의 합금)을 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 매트릭스 재료는 바람직하게는 알루미늄 및 그의 합금을 포함한다.Exemplary metals for the matrix material are alloys with other elements, such as elemental aluminum of high purity (eg, greater than 99.95%) or copper of pure aluminum. Typically, the metal matrix material is such that the matrix material does not significantly react chemically with the fiber (ie, is relatively chemically inert to the fiber material), for example, to eliminate the need to provide a protective coating on the exterior of the fiber. Is selected. Exemplary metal matrix materials include aluminum, zinc, tin, magnesium and alloys thereof (eg, alloys of aluminum and copper). In some embodiments, the matrix material preferably comprises aluminum and alloys thereof.
전형적으로, 금속 매트릭스 복합재를 위한 섬유는 붕소 섬유, 탄소 섬유, 결정질 세라믹 함유 섬유, 그라파이트 섬유, 텅스텐 섬유, 및 형상 기억 합금 섬유를 포함한다.Typically, fibers for metal matrix composites include boron fibers, carbon fibers, crystalline ceramic containing fibers, graphite fibers, tungsten fibers, and shape memory alloy fibers.
몇몇 실시 형태에서, 금속 매트릭스는 98 중량% 이상의 알루미늄, 99 중량% 이상의 알루미늄, 99.9 중량% 초과의 알루미늄, 또는 심지어 99.95 중량% 초과의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄과 구리의 예시적인 알루미늄 합금은 98 중량% 이상의 Al 및 최대 2 중량%의 Cu를 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 유용한 합금은 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 및/또는 8000 시리즈 알루미늄 합금(알루미늄 협회(Aluminum Association) 명칭)이다. 더 높은 순도의 금속이 더 높은 인장 강도의 와이어를 제조하기에 바람직한 경향이 있지만, 금속의 덜 순수한 형태도 또한 유용하다.In some embodiments, the metal matrix comprises at least 98 weight percent aluminum, at least 99 weight percent aluminum, more than 99.9 weight percent aluminum, or even more than 99.95 weight percent aluminum. Exemplary aluminum alloys of aluminum and copper include at least 98 wt.% Al and up to 2 wt.% Cu. In some embodiments, useful alloys are 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 and / or 8000 series aluminum alloys (Aluminum Association designations). While higher purity metals tend to be preferred for producing higher tensile strength wires, less pure forms of metals are also useful.
적합한 금속이 구매가능하다. 예를 들어, 알루미늄은 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 알코아(Alcoa)로부터 "수퍼 퓨어 알루미늄(SUPER PURE ALUMINUM); 99.99% Al"이라는 상표명으로 입수가능하다. 알루미늄 합금(예를 들어, Al-2 중량% Cu (0.03 중량% 불순물))이, 예를 들어 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 벨몬트 메탈즈(Belmont Metals)로부터 입수될 수 있다. 아연 및 주석이, 예를 들어 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 메탈 서비시즈(Metal Services)로부터 입수 가능하다("순수 아연"; 99.999% 순도 및 "순수 주석"; 99.95% 순도). 예를 들어, 마그네슘은 영국 맨체스터 소재의 마그네슘 엘렉트론(Magnesium Elektron)으로부터 "퓨어"(PURE)라는 상표명으로 입수가능하다. 마그네슘 합금(예를 들어, WE43A, EZ33A, AZ81A 및 ZE41A), 티타늄 및 티타늄 합금이, 예를 들어 미국 콜로라도주 덴버 소재의 타이멧(TIMET)으로부터 입수될 수 있다.Suitable metals are commercially available. For example, aluminum is available from Alcoa, Pittsburgh, Pennsylvania, under the trade name "SUPER PURE ALUMINUM; 99.99% Al." Aluminum alloys (eg, Al-2 wt% Cu (0.03 wt% impurities)) can be obtained, for example, from Belmont Metals, New York, NY. Zinc and tin are available, for example, from Metal Services, St. Paul, Minn., USA (“pure zinc”; 99.999% purity and “pure tin”; 99.95% purity). Magnesium, for example, is available under the trade name “PURE” from Magnesium Elektron, Manchester, England. Magnesium alloys (eg, WE43A, EZ33A, AZ81A and ZE41A), titanium and titanium alloys can be obtained, for example, from TIMET, Denver, Colorado, USA.
복합 코어 및 와이어는 전형적으로 섬유와 매트릭스 재료의 총 조합 부피 기준으로, 15 부피% 이상(몇몇 실시 형태에서는 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 심지어 50 부피% 이상)의 섬유를 포함한다. 더욱 전형적으로, 복합 코어 및 와이어는 섬유와 매트릭스 재료의 총 조합 부피 기준으로, 40 내지 75 부피%(몇몇 실시 형태에서는 45 내지 70 부피%) 범위의 섬유를 포함한다.Composite cores and wires typically comprise at least 15% by volume (in some embodiments at least 20, 25, 30, 35, 40, 45 or even 50% by volume) of fibers based on the total combined volume of fibers and matrix material. . More typically, composite cores and wires comprise fibers in the range of 40 to 75 volume percent (45 to 70 volume percent in some embodiments) based on the total combined volume of fibers and matrix material.
전형적으로, 코어의 평균 직경은 약 5 ㎜ 내지 약 15 ㎜ 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 바람직한 코어의 평균 직경은 1 ㎜ 이상, 2 ㎜ 이상, 또는 심지어 최대 약 3 ㎜이다. 전형적으로, 복합 와이어의 평균 직경은 약 1 ㎜ 내지 12 ㎜, 1 ㎜ 내지 10 ㎜, 1 내지 8 ㎜, 또는 심지어 1 ㎜ 내지 4 ㎜ 범위이다. 몇몇 실시 형태에서, 바람직한 복합 와이어의 평균 직경은 1 ㎜ 이상, 1.5 ㎜, 2 ㎜, 3 ㎜, 4 ㎜, 5 ㎜, 6 ㎜, 7 ㎜, 8 ㎜, 9 ㎜, 10 ㎜, 11 ㎜ 이상, 또는 심지어 12 ㎜ 이상이다.Typically, the average diameter of the core ranges from about 5 mm to about 15 mm. In some embodiments, the preferred diameter of the preferred core is at least 1 mm, at least 2 mm, or even up to about 3 mm. Typically, the average diameter of the composite wire is in the range of about 1 mm to 12 mm, 1 mm to 10 mm, 1 to 8 mm, or even 1 mm to 4 mm. In some embodiments, the average diameter of the preferred composite wire is 1 mm or more, 1.5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm or more, Or even 12 mm or more.
금속 및 중합체 매트릭스 복합 와이어를 제조하기 위한 기술은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 연속 금속 매트릭스 복합 와이어는 연속 금속 매트릭스 침윤 공정에 의해 제조될 수 있다. 하나의 적합한 공정이, 예를 들어 미국 특허 제6,485,796호(카펜터(Carpenter) 등)에 설명되어 있다. 연속 섬유 보강 금속 매트릭스 복합재에 대한 다른 가공 절차가, 예를 들어 2001년에 발행된, 문헌[ASM Handbook Vol. 21, Composites, pp. 584-588 (ASM International, Metals Park, OH)]에 논의되어 있다.Techniques for making metal and polymer matrix composite wires are known in the art. For example, continuous metal matrix composite wire can be produced by a continuous metal matrix infiltration process. One suitable process is described, for example, in US Pat. No. 6,485,796 (Carpenter et al.). Other processing procedures for continuous fiber reinforced metal matrix composites are described, for example, in ASM Handbook Vol. 21, Composites, pp. 584-588 (ASM International, Metals Park, OH).
또한, 예를 들어 금속 매트릭스 복합 와이어를 제조하기 위한 기술은, 예컨대 미국 특허 제5,501,906호(디브(Deve)), 제6,180,232호(맥컬로우 등), 제6,245,425호(맥컬로우 등), 제6,336,495호(맥컬로우 등), 제6,544,645호(맥컬로우 등), 제6,447,927호(맥컬로우 등), 제6,460,597호(맥컬로우 등), 제6,329,056호(디브 등), 제6,344,270호(맥컬로우 등), 제6,485,796호(카펜터 등), 제6,559,385호(존슨(Johnson) 등), 제6,796,365호(맥컬로우 등), 제6,723,451호(맥컬로우 등), 제6,692,842호(맥컬로우 등) 및 제6,913,838호(맥컬로우 등); 2003년 3월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/403,643호, 2004년 2월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/778,488호, 2004년 2월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/779,438호, 2005년 12월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/317,608호, 2005년 12월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/318,368호 및 2004년 6월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/870,262호에 논의된 것을 포함한다.Also, for example, techniques for producing metal matrix composite wires are described, for example, in U.S. Pat. (McClow, etc.), 6,544,645 (McClow, etc.), 6,447,927 (McClow, etc.), 6,460,597 (McClow, etc.), 6,329,056 (Dive, etc.), 6,344,270 (McClow, etc.), 6,485,796 (Carpenter, etc.), 6,559,385 (Johnson, etc.), 6,796,365 (McClow, etc.), 6,723,451 (McClow, etc.), 6,692,842 (McClow, etc.), and 6,913,838 (C. McCullough et al.); US Patent Application No. 10 / 403,643, filed March 31, 2003, US Patent Application No. 10 / 778,488, filed February 13, 2004, US Patent Application No. 10, February 13, 2004 / 779,438, filed December 23, 2005, US Patent Application No. 11 / 317,608, filed December 23, 2005, US Patent Application No. 11 / 318,368, and US Filed June 17, 2004 And those discussed in
중합체 및 섬유를 포함하는 와이어는, 예를 들어 당업계에 알려져 있는 풀트루전(pultrusion) 공정에 의해 제조될 수 있다. 섬유 보강 중합체의 일례는, 예를 들어 2003년 11월 6일자로 공개된 PCT 출원 공개 WO 2003/091008A호 및 2005년 5월 6일자로 공개된 PCT 출원 공개 WO 2005/040017A호에 제공되어 있다. 또한, 풀트루전 방법은, 예를 들어 2001년에 발행된, 문헌[ASM Handbook Vol. 21, Composites, pp. 550-564 (ASM International, Metals Park, OH)]에 추가로 논의되어 있다.Wires comprising polymers and fibers can be produced, for example, by pultrusion processes known in the art. Examples of fiber reinforced polymers are provided, for example, in PCT Application Publication WO 2003 / 091008A published November 6, 2003 and PCT Application Publication WO 2005 / 040017A published May 6, 2005. In addition, the full-trusion method is described, for example, in ASM Handbook Vol. 21, Composites, pp. 550-564 (ASM International, Metals Park, OH).
전형적으로, 중합체 매트릭스 복합재를 위한 섬유는 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 그라파이트 섬유, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), 텅스텐 섬유, 및 형상 기억 합금 섬유를 포함한다.Typically, fibers for polymer matrix composites include aramid fibers, boron fibers, carbon fibers, ceramic fibers, graphite fibers, poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole), tungsten fibers, and shape memory alloy fibers It includes.
몇몇 실시 형태에서, 코어 내의 섬유 개수의 85% 이상(몇몇 실시 형태에서는 90% 이상, 또는 심지어 95% 이상)이 연속적이다.In some embodiments, at least 85% (in some embodiments at least 90%, or even at least 95%) of the number of fibers in the core is continuous.
다시 도 1을 참조하면, 제1, 제2, 및 제3 케이블(26, 28, 30) 각각은 정격 파단 강도(rated breaking strength)를 가지며, 케이블(26, 28, 30)의 극한 인장 강도(ultimate tensile strength)는 정격 파단 강도 이상이다. 일반적으로, 정격 파단 강도는 케이블의 최소 허용 강도를 정의하기 위한 계산에 의해 결정된다(2005년에 발행된 표준 기준인 ASTM B232 참조).Referring again to FIG. 1, each of the first, second, and
예시적인 일 실시 형태에서, 스플라이스(32, 34) 및 전송 케이블(12)을 형성하는 복합 와이어(들)를 포함하는 전송 케이블(12)은 하기에 따라 복합 와이어의 종방향 보강 섬유의 파단을 포함하는 손상을 받기 쉽다: 전송 케이블(12)에 가해지는 장력의 크기; 전송 케이블(12)의 직경; 도르래 둘레에서의 전송 케이블(12)의 굽힘 반경; 매트릭스 재료, 섬유 재료, 섬유 재료의 상대량 등의 유형을 포함하는 케이블(12)의 조성; 및 도르래를 거친 전송 케이블(12)의 (상세하게 후술되는) 꺾임각(break over angle).In one exemplary embodiment, the
이에 따라, 예시적인 일 실시 형태에서, 제1, 제2, 및 제3 케이블(26, 28, 30) 각각을 포함하는 전기 전송 케이블(12)은 연관된 최소 도르래 직경을 갖는다. 특히, 연관된 최소 도르래 직경은, 전송 케이블(12)에 대한 유의한 손상 없이 전송 케이블(12)에 가해질 수 있는 기계적 하중이 없을 때의 전송 케이블(12)의 최소 굽힘 반경에 대응한다. 기계적 하중 하에서, 전송 케이블(12)의 최소 굽힘 반경은 도르래를 거친 전송 케이블(12)의 장력 및 실제 꺾임각의 함수이다. 장력 및 꺾임각이 증가함에 따라, 전송 케이블(12)에 대한 최소 굽힘 반경이 증가한다. 이와 같이, 도르래 직경은 선택적으로 이를 고려하여 충분히 크게, 그리고 최소 도르래 직경보다 더 크게 선택된다. 도르래 직경은 또한 전형적으로 설치 중에 도르래를 들어 올리는 사람의 능력 또는 기타 설치 요건과 같은 물리적 제약에 의해 한정된다는 것에 유의하여야 한다.Thus, in one exemplary embodiment, the
예시적인 일 실시 형태에서, 제1 및 제2 스플라이스(32, 34) 각각은 가요성, 완전 인장 스플라이스이다. 일반적으로, "가요성" 스플라이스는 굽혀지거나 만곡될 수 있는데, 예를 들어 스플라이스(32, 34)를 포함하는 전송 케이블(12)에 대한 유의한 손상 없이, 하나 이상의 도르래 조립체를 거쳐 당겨지는 것과 관련되어 굽혀진다. 이는 일정 길이의 전송 케이블의 코어 상으로 강철 슬리브를 압축시킨 다음 강철 슬리브 위의 알루미늄 슬리브 및 알루미늄 슬리브에 근접한 전송 케이블의 부분을 압축시킴으로써 형성된 압축 스플라이스와 같은 강성 스플라이스와 대조적이다. 일반적으로, 그러한 강성 스플라이스는 강성 스플라이스에 대한 유의한 굽힘 손상 및/또는 강성 스플라이스로 접합된 전송 케이블에 대한 손상 없이, 하나 이상의 도르래 조립체를 거쳐 당겨질 수 없다. 특히, 도르래 조립체를 거쳐 당겨지는 강성 스플라이스는 도르래 조립체를 거쳐 당겨진 후에 영구적으로 변형되거나 굽혀진다. 추가의 참조를 위해, "완전 인장" 스플라이스는 일반적으로 전송 케이블(12)의 정격 파단 강도에 필적하는 장력을 견딜 수 있는 것이다.In one exemplary embodiment, each of the first and
도 2A 내지 도 2C를 참조하면, 예시적인 일 실시 형태에서, 제1 스플라이스(32)는 완전 인장, 가요성 스플라이스이다. 예를 들어, 제1 스플라이스(32)는 선택적으로 성형 와이어 유형의 스플라이스이다. 특히, 제1 스플라이스(32)는 제1 케이블(26)의 후단부(38) 및 제2 케이블(28)의 선단부(40) 둘레에 감싸진 복수의 나선형으로 권취된 내부 로드(50)와, 복수의 내부 로드(50) 둘레에 감싸진 복수의 나선형으로 권취된 외부 로드(52)를 포함한다. 도 2B를 참조하면, 3개, 4개 또는 원하는 개수의 내부 로드(50)의 그룹이, 원하는 개수의 내부 로드(50)가 제1 및 제2 케이블(26, 28) 둘레에 배치될 때까지, 제1 및 제2 케이블(26, 28)에 순차적으로 적용된다. 도 2C를 참조하면, 3개, 4개 또는 원하는 개수의 외부 로드(52)의 그룹이, 원하는 개수의 외부 로드(52)가 복수의 내부 로드(50) 둘레에 배치될 때까지, 복수의 내부 로드(50) 위에 순차적으로 적용된다. 복수의 내부 및 외부 로드(50, 52)는 선택적으로 알루미늄 합금으로 형성된다.2A-2C, in one exemplary embodiment, the
전술한 바와 같이, 적합한 스플라이스는 가요성, 완전 인장 스플라이스, 예컨대 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 프리폼드 라인 프로덕츠(Preformed Line Products)로부터 "서몰라인"(THERMOLIGN) (부품 번호 TLSP-795)이라는 상표명으로 입수가능한 것을 포함하는 성형 와이어 유형의 스플라이스를 포함한다. 예시적인 일 실시 형태에서, 스플라이스(32)는 열을 효율적으로 발산하기에 충분히 크다. 복합 와이어로 형성된 전송 케이블은 전형적으로 강철 코어 와이어를 갖는 케이블(예를 들어, 약 100℃ 초과)에 비해 높은 온도(예를 들어, 약 200℃ 초과)에서 작동하도록 설계된다. 더 큰 스플라이스는 스플라이스의 온도를 상대적으로 낮게 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 따라서, 스플라이스(32)는 선택적으로 스플라이스(32)에 추가적인 히트 싱크(heat sink) 능력을 추가하기 위해 나선형 로드의 2개의 층으로 구성된다. 히트 싱크로서 적합하지만, 도르래를 거쳐 안전하게 통과하는 전송 케이블(12)의 가요성, 완전 인장 스플라이스의 능력은 다른 유형의 스플라이스(예를 들어, 와이어 메시 커넥터)의 손상에 대한 과거의 경험으로 인해 놀라운 결과이다. 추가로, 이중 층 스플라이스 구성의 성공적인 사용은 이중 층 구성이 다르게는 스플라이스의 에지에서 집중된 굽힘력을 표시하므로 더욱 놀라운 것이며, 이는 달성된 성공적인 결과를 훨씬 더 놀랍게 한다.As noted above, suitable splices are flexible, fully tensioned splices such as "THERMOLIGN" (part number TLSP-795) from Preformed Line Products, Cleveland, Ohio. Splices of molded wire type, including those available under the trade name. In one exemplary embodiment, the
다시, 도 2A 내지 도 2C를 참조하면, 예시적인 일 실시 형태에서, 제1 및 제2 스플라이스(32, 34)는 선택적으로 형태에 있어서 실질적으로 상이하지만, 제2 스플라이스(34)는 제1 스플라이스(32)와 실질적으로 유사한 방식으로 형성된다.Again, referring to FIGS. 2A-2C, in one exemplary embodiment, the first and
도 1을 참조하면, 인장기(14)는 선택적으로 당업계에 알려진 유형이고, 일반적으로 케이블의 릴 길이로도 설명되는 전송 케이블(12)의 릴을 유지하도록 역할한다. 특히, 인장기(14)는 전송 케이블(12)을 릴로부터 너무 빨리 권취 해제시키는 것을 방지하기 위해, 예를 들어 제동 기구(braking mechanism)를 사용하여, 인장 상태 하에서 전송 케이블(12)을 풀어내도록 되어 있다. 또한, 장력은 전송 케이블(12)이 장애물을 통과하거나 (예를 들어, 고속도로에 걸쳐) 요구되는 간격 수준을 유지하도록 케이블 처짐을 감소시키기 위해 당겨지는 동안 증가될 필요가 있을 수 있다. 참고로, 제1, 제2 및 제3 케이블(26, 28, 30) 각각은 선택적으로 예시적인 일 실시 형태에서, 다른 길이가 또한 고려되지만, 전송 케이블(12)의 릴 길이에 대응한다.Referring to FIG. 1,
제1 도르래 조립체(16)는 제1 현수 탑(18)에 의해 유지되는데, 예컨대 제1 현수 탑(18)에 매달려 있으며, 일반적으로 도르래(56)의 어레이를 포함하고, 이 도르래 어레이는 전송 케이블(12)을 지지하도록 구성되고 도르래(56)의 어레이를 거쳐 전체 곡률 반경(R1)을 형성하도록 원호(예를 들어, 45도 원호)를 따라 배치된다. 이러한 방식으로, 도르래(56)의 어레이는 선택적으로, 하나의 비교적 큰 직경의 도르래를 제공할 필요 없이, 전송 케이블(12)이 그를 거쳐 이동하는 비교적 큰 반경을 제공하도록 사용된다. 예시적인 일 실시 형태에서, 각각의 도르래(56)는 직경이 약 18 ㎝ (7 인치)이며, 이 경우 도르래(56)의 어레이는 약 152 ㎝ (60 인치)의 전체 곡률 반경(R1)을 형성한다. 또한, 제1 도르래 조립체(16)는 선택적으로 상세하게 후술될 바와 같이, 전체 제1 도르래 조립체(16)가 제1 도르래 조립체(16)로부터 전송 케이블(12)의 다양한 진입 및 진출 라인을 수용하도록 피봇될 수 있는 방식으로, 제1 현수 탑(18) 또는 기타 적절한 구조물에 장착된다는 것에 유의하여야 한다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제1 현수 탑(18)은 당업계에 알려진 유형(예를 들어, 금속 골격 탑)의 것이다.The
제2 도르래 조립체(20)는 제2 현수 탑(22)에 의해 유지되는데, 예컨대 제2 현수 탑(22)에 매달려 있으며, 일반적으로 도르래(58)를 포함한다. 예시적인 일 실시 형태에서, 도르래(58)는 직경이 약 91 ㎝ (36 인치)이지만, 다른 치수도 고려된다. 이로부터, 도르래(58)는 선택적으로, 예컨대 약 46 ㎝ (18 인치)의 전체 곡률 반경을 형성하게 된다. 또한, 제2 도르래 조립체(20)는 선택적으로 상세하게 후술될 바와 같이, 전체 제2 도르래 조립체(20)가 제2 도르래 조립체(20)로부터 전송 케이블(12)의 다양한 진입 및 진출 라인을 수용하도록 피봇될 수 있는 방식으로, 제2 현수 탑(22) 또는 기타 적절한 구조물에 장착된다는 것에 유의하여야 한다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제2 현수 탑(22)은 당업계에 알려진 유형(예를 들어, 금속 골격 탑)의 것이다. 또한, 제1 및 제2 도르래 조립체(16, 20)에 후속하는 (도시 안된) 도르래 조립체가 또한 고려된다는 것에 유의하여야 한다.The
견인기(24)는 선택적으로 당업계에 알려진 유형의 것이며, 일반적으로 인장기(14)로부터 전송 케이블(12)을 당기도록 역할한다. 특히, 견인기(24)는 전송 케이블(12)에 장력을 가하여, 전송 케이블(12)을 제1 및 제2 도르래 조립체(16, 20), 또는 필요에 따라 추가의 도르래 조립체를 거쳐 당기도록 되어 있다.
상대 위치의 관점에서, 인장기(14)는 선택적으로 제1 도르래 조립체(16)로부터, 제1 도르래 조립체(16)가 유지되는 높이의 약 3배의 거리로 측방향으로 이격된다. 이어서, 예시적인 일 형태에서, 제1 및 제2 도르래 조립체(16, 20)는 약 61 m (200 피트) 내지 약 488 m (1600 피트) 범위의 측방향 스팬 또는 스팬 거리를 형성하도록 이격되지만, 예를 들어 약 61 미터 (200 피트) 내지 약 183 미터 (600 피트), 약 183 미터 (600 피트) 내지 약 457 미터 (1500 피트), 또는 심지어 약366 미터 (1200 피트) 내지 약 488 미터 (1600 피트)를 비롯한 기타 치수도 고려된다. 또한, 추가의 후속 도르래 조립체/탑이 선택적으로 유사한 스팬 거리, 또는 특정 응용에 요구되는 바와 같은 다른 스팬 거리를 형성한다. 견인기(24)는 선택적으로 제2 도르래 조립체(20)로부터, 제2 도르래 조립체(20)가 유지되는 높이의 약 3배의 거리로 측방향으로 이격되지만, 다른 치수가 또한 고려된다.In terms of relative position, the
도 1을 참조하고, 그리고 상기에 비추어, 전송 케이블(12)을 설치하는 방법은 제1 케이블(26)의 선단부(36)를 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 안내하는 단계와, 제1 케이블(26)을 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 당기는 단계를 포함한다. 예시적인 일 실시 형태에서, (도시 안된) 적합한 리더(leader)가 제1 케이블(26)의 선단부(36)에 부착되고, 그 후 리더는 견인기(24)에 의해 당겨져서, 제1 케이블(26)을 인장기(14)에 의해 유지되는 릴로부터 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 직접 당긴다.Referring to FIG. 1, and in view of the above, a method of installing a
점선에 의해 도시된 바와 같이, 전송 케이블(12)은, 전송 케이블(12)이 제1 도르래 조립체(16)에 처음 진입하거나 그를 거쳐 처음 이동하는 위치에서 전송 케이블(12)에 대한 접선에서의 제1 도르래 조립체(16)와의 진입 라인을 형성한다. 이어서, 전송 케이블(12)은, 전송 케이블(12)이 제1 도르래 조립체(16)에서 진출하거나 더 이상 그를 거쳐 이동하지 않는 위치에서 전송 케이블(12)에 대한 접선에서의 제1 도르래 조립체(16)와의 진출 라인을 형성한다. 제1 도르래 조립체(16)에서의 진입 라인과 진출 라인 사이의 각도는 제1 도르래 조립체(16)를 거친 전송 케이블(12)의 제1 꺾임각(α)으로서 설명된다. 예시적인 일 실시 형태에서, 더 큰 전체 곡률 반경(R1)은 제1 꺾임각(α)이 상대적으로 클 때 유리하다. 특히, 전송 케이블(12)을 제1 도르래 조립체(16)로 직접 이송하는 인장기(14)는 종종 제1 도르래 조립체(16)보다 훨씬 더 낮은 높이에 있고, 또한 예를 들어 제1 및 제2 도르래 조립체(16, 20)들 사이의 스팬 거리에 비해 제1 도르래 조립체(16)로부터의 상대적으로 작은 거리로 측방향으로 이격된다. 결과적으로, 제1 도르래 조립체(16) 내로의 상대적으로 큰 진입각에 종종 직면한다.As shown by the dashed line, the
인장기(14)가 제1 케이블(26)을 후단부(38)로 풀어내면, 제2 케이블(28)이 선택적으로 전술한 바와 같이 가요성, 완전 인장 스플라이스인 제1 스플라이스(32)에 의해 제1 케이블(26)에 스플라이싱 또는 접합된다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제2 케이블(28)은 선택적으로, 제1 케이블(26)이 후단부(38)로 풀려나오면, 제2 케이블(28)의 선단부(40)가 제1 케이블(26)의 후단부(38)에 접합된 상태로 제1 케이블(26)로부터 분리된 릴 상에 유지된다.When
예시적인 일 실시 형태에서, 제1 케이블(26)은 제1 스플라이스(32)가 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐, 예컨대 제2 스플라이스(34)가 도 1에 도시된 위치로 궁극적으로 당겨질 때까지, 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 제1 케이블(26)의 후단부(38)로 당겨진다. 제1 스플라이스(32)는 제1 꺾임각(α)으로, 그리고 연관된 장력이 제1 스플라이스(32)와 제1 및 제2 케이블(26, 28)에 가해지는 상태에서, 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 당겨진다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제1 스플라이스(32)는 약 10도 내지 약 40도 범위의 제1 꺾임각(α)으로, 그리고 제1 및 제2 케이블(26, 28) 각각의 정격 파단 강도(RBS)의 약 5% 내지 약 20% 범위의 장력에서, 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 당겨진다. 다른 제1 꺾임각(α) 및 장력이 또한 고려된다는 것에 유의하여야 한다. 제1 스플라이스(32)는 가요성이지만, 소정의 손상 위험이 제1 스플라이스(32)의 굽힘량을 감소시키기 위해 전체 곡률 반경(R1)을 증가시킴으로써 추가로 방지될 수 있다. 예를 들어, 곡률 반경(R1)은 선택적으로 전송 케이블(12)의 최소 도르래 직경의 절반보다 실질적으로 크게 선택된다.In one exemplary embodiment, the
방법은 또한 제1 케이블(26)의 선단부(36)를 제1 도르래 조립체(16)로부터 제2 도르래 조립체(20)를 거쳐 안내하는 단계와, 제1 케이블(26)을 제2 도르래 조립체(20)를 거쳐 제1 케이블(26)의 후단부(38)로 그리고 제1 스플라이스(32)로 당기는 단계를 포함한다. 점선에 의해 도시된 바와 같이, 전송 케이블(12)은, 전송 케이블(12)이 제2 도르래 조립체(20)에 처음으로 진입하거나 그를 거쳐 처음으로 이동하는 위치에서 전송 케이블(12)에 대한 접선에서의 제2 도르래 조립체(20)와의 진입 라인을 형성한다. 전송 케이블(12)이 제2 도르래 조립체(20)를 횡단한 후에, 전송 케이블(12)은, 전송 케이블(12)이 제2 도르래 조립체(20)에서 진출하거나 더 이상 그를 거쳐 이동하지 않는 위치에서 전송 케이블(12)에 대한 접선에서의 제2 도르래 조립체(20)와의 진출 라인을 형성한다.The method also includes guiding the leading
제2 도르래 조립체(20)에서의 전송 케이블(12)의 진입 라인과 진출 라인 사이의 각도는 제2 도르래 조립체(20)를 거친 전송 케이블(12)의 제2 꺾임각(β)으로서 설명된다. 예시적인 일 실시 형태에서, 도르래(58)의 전체 곡률 반경은 제1 스플라이스(32)가 너무 작은 반경으로 굽혀지지 않는 것을 보장하기 위해 도르래(56)의 어레이의 전체 곡률 반경(R1)만큼 클 필요는 없다. 특히, 제2 도르래 조립체(20)가 제1 도르래 조립체(16)와 후속하는 (도시 안된) 제3 도르래 조립체 사이에 위치되는 경우, 제2 꺾임각(β)은 종종 제1 꺾임각(α)보다 작은데, 이는 전송 케이블(12)이 대개 인장기(14)의 상대 높이에 비해 제2 도르래 조립체(20)와 보다 유사한 높이에 있는 제1 도르래 조립체(16)로부터 제2 도르래 조립체(20) 내로 이송되고 역시 제2 도르래 조립체(20)와 보다 유사한 높이에 있게 될 제3 도르래 조립체로 이송되기 때문이다. 달리 말하면, "탑 대 탑" 또는 "도르래 대 도르래" 각도는 전형적으로 제1 "지면 대 탑" 또는 "지면 대 도르래" 각도 및 최종 "탑 대 지면" 또는 "도르래 대 지면" 각도보다 훨씬 작다.The angle between the entry and exit lines of the
제1 케이블(26)은 선택적으로 제1 도르래 조립체(16)를 거쳐 후단부(38)로 당겨지고, 제1 스플라이스(32)는 제2 도르래 조립체(20)를 거쳐, 예컨대 일반적으로 도 1에 나타낸 위치로 당겨진다. 제1 스플라이스(32)는 제2 꺾임각(β)으로, 그리고 연관된 장력이 제1 및 제2 케이블(26, 28)에 가해지는 상태에서, 제2 도르래 조립체(20)를 거쳐 당겨진다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제1 스플라이스(32)는 약 10도 내지 약 40도 범위의 제2 꺾임각(β)으로, 그리고 제1 및 제2 케이블(26, 28) 각각의 정격 파단 강도(RBS)의 약 5% 내지 약 20% 범위의 장력에서, 제2 도르래 조립체(20)를 거쳐 당겨진다. 다른 제2 꺾임각(β) 및 장력이 또한 고려된다는 것에 유의하여야 한다. 제1 스플라이스(32)는 가요성이지만, 소정의 손상 위험이 제1 스플라이스(32)의 굽힘량을 감소시키기 위해 도르래(58)의 전체 직경을 증가시킴으로써 추가로 방지될 수 있다. 예시적인 일 실시 형태에서, 제2 도르래 조립체(20)의 도르래(58)의 직경은 전송 케이블(12)의 최소 도르래 직경보다 실질적으로 크게 선택된다.The
제1 스플라이스(32)가 2개의 도르래 조립체를 거쳐 당겨지는 것으로 도시되어 있지만, 예시적인 일 실시 형태에서, 제1 스플라이스(32)는 추가의 도르래 조립체, 예컨대 제1 또는 제2 도르래 조립체(16, 20)와 실질적으로 유사한 도르래 조립체를 거쳐 당겨진다. 추가로, 예시적인 일 실시 형태에서, 제2 스플라이스(34)는 제1 스플라이스(32)와 관련하여 설명된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 제2 및 제3 케이블(28, 30)들 사이에 형성된다. 추가로, 제2 스플라이스(34)는 선택적으로 제1 스플라이스(32)와 관련하여 설명된 것과 실질적으로 유사한 방식으로, 제1 도르래 조립체(16), 제2 도르래 조립체(20), 또는 임의의 개수의 후속 도르래 조립체를 거쳐 당겨진다.Although the
전술한 시스템 및 방법은 다양한 이점을 제공한다. 예를 들어, 소크 스플라이스(sock splice)로도 설명되는, 와이어 메시 그립과 같은 일시적인 기계식 커넥터를 사용하여 전송 케이블(12)을 당기기보다는, 영구적인 가요성, 완전 인장 스플라이스가 소정 길이의 케이블들 사이에서 이용된다. 이러한 방식으로, 영구적인 스플라이스가 일정 시간 뒤에 설치될 필요가 없어서, 설치 단계를 감소시키고 효율을 증가시킨다. 또한, 예를 들어 전송 케이블(12)의 설치자가 도르래 조립체들 사이의 스팬 중간에 스플라이스를 설치하기 위해 요구되는 필요한 현장 접근을 하지 못하는 경우에, 케이블의 위치 설정에 뒤이은 영구적인 스플라이스의 설치와 관련된 문제가 감소된다.The systems and methods described above provide various advantages. Rather than pulling the
전술한 바와 같이, 복합 와이어를 포함하는 케이블은 가공 전력 전송 케이블에 특히 유용하다. 본 발명에 따른 전송 케이블(12)은 동종(즉, 한 유형의 복합 와이어만을 포함함) 또는 이종(즉, 금속 와이어와 같은 복수의 2차 와이어를 포함함)일 수 있다. 이종 케이블의 일례로서, 전송 케이블(12)의 코어는 복수의 2차 와이어(예를 들어, 알루미늄 와이어)를 포함하는 외부 쉘을 구비한 종방향으로 위치된 보강 섬유를 포함하는 복수의 복합 와이어를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 케이블은, 예를 들어 금속 매트릭스 재료 또는 중합체 매트릭스 재료 복합 와이어를 포함할 수 있다.As mentioned above, cables comprising composite wires are particularly useful for overhead power transmission cables. The
추가로, 본 발명에 따른 케이블은 꼬일(stranded) 수 있다. 꼬인 케이블은 전형적으로 중심 와이어 및 중심 와이어 둘레에서 나선형으로 꼬인 와이어의 제1 층을 포함한다. 케이블 꼬임은 와이어의 개별 가닥들이 나선형 배열로 조합되어 최종 케이블을 생성하는 공정이다(예를 들어, 미국 특허 제5,171,942호(파워즈(Powers)) 및 제5,554,826호(젠트리(Gentry)) 참조). 생성된 나선형으로 꼬인 와이어 로프는 동등한 단면적의 중실 로드로부터 이용될 수 있는 것보다 훨씬 큰 가요성을 제공한다. 나선형 배열은 또한 꼬인 케이블이 취급, 설치 및 사용 시에 굽힘을 받을 때 그의 전체적인 둥근 단면 형상을 유지하기 때문에 유리하다. 나선형으로 권취된 케이블은 7개만큼 적은 개별 가닥으로부터 50개 이상의 가닥을 포함하는 더욱 일반적인 구성까지를 포함할 수 있다.In addition, the cable according to the invention can be stranded. The twisted cable typically comprises a center wire and a first layer of wire twisted spirally around the center wire. Cable braiding is the process by which individual strands of wire are combined in a helical arrangement to produce the final cable (see, for example, US Pat. Nos. 5,171,942 (Powers) and 5,554,826 (Gentry)). The resulting spirally twisted wire ropes provide much greater flexibility than would be available from solid rods of equivalent cross-sectional area. The helical arrangement is also advantageous because the twisted cable maintains its overall round cross-sectional shape when it is bent in handling, installation and use. Spirally wound cables can range from as few as seven individual strands to more general configurations that include more than 50 strands.
본 발명에 따른 하나의 예시적인 전력 전송 케이블 또는 전송 케이블이 도 3에 도시되어 있고, 여기서 본 발명에 따른 전력 전송 케이블(130)은 30개의 개별 금속 와이어(예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 와이어)(138)의 자켓(136)에 의해 둘러싸인 19개의 개별 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어(134)의 코어(132)일 수 있다. 유사하게, 도 4에 도시된 바와 같이, 많은 대안 중 하나로서, 본 발명에 따른 가공 전력 전송 케이블(140)은 21개의 개별 금속(알루미늄 또는 알루미늄 합금) 와이어(148)의 자켓(146)에 의해 둘러싸인 37개의 개별 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어(144)의 코어(142)일 수 있다.One exemplary power transfer cable or transmission cable according to the present invention is shown in FIG. 3, wherein the
도 5는 꼬인 케이블(80)의 또 다른 예시적인 실시 형태를 도시한다. 이러한 실시 형태에서, 꼬인 케이블은 중심 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어(81A) 및 중심 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어(81A) 둘레에 나선형으로 권취된 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어의 제1 층(82A)을 포함한다. 이러한 실시 형태는 제1 층(82A) 둘레에 나선형으로 꼬인 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어(81)의 제2 층(82B)을 추가로 포함한다. 임의의 적합한 개수의 복합(예를 들어, 금속 매트릭스 복합) 와이어(81)가 임의의 층으로 포함될 수 있다. 또한, 2개 초과의 층이 필요한 경우 꼬인 케이블(80) 내에 포함될 수 있다.5 shows another exemplary embodiment of a
본 발명에 따른 케이블은 비피복 케이블(bare cable)로서 사용될 수 있거나, 더 큰 직경의 케이블의 코어로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 케이블은 복수의 와이어 둘레에서 유지 수단을 구비한 복수의 와이어의 꼬인 케이블일 수 있다. 유지 수단은 접착제 또는 결합제를 갖거나 갖지 않은 테이프 오버랩(overwrap) (예를 들어, 도 5에 도시된 테이프 오버랩(83) 참조)일 수 있다.The cable according to the invention can be used as a bare cable or as a core of a larger diameter cable. The cable according to the invention can also be a twisted cable of a plurality of wires with retaining means around the plurality of wires. The retaining means may be a tape overlap (see, for example, tape overlap 83 shown in FIG. 5) with or without adhesive or binder.
본 발명에 따른 꼬인 케이블은 많은 용도에서 유용하다. 그러한 꼬인 케이블은 그의 낮은 중량, 높은 강도, 양호한 전기 전도성, 낮은 열 팽창 계수, 높은 사용 온도, 및 내부식성의 조합으로 인해 가공 전력 전송 케이블에서 사용하기에 특히 바람직한 것으로 여겨진다.Twisted cables according to the invention are useful in many applications. Such twisted cables are considered particularly desirable for use in overhead power transmission cables because of their combination of low weight, high strength, good electrical conductivity, low thermal expansion coefficient, high service temperature, and corrosion resistance.
그러한 전송 케이블의 예시적인 일 실시 형태의 단부도가 도 6에서 전송 케이블(90)로서 도시되어 있다. 전송 케이블(90)은 본 명세서에서 설명된 임의의 꼬인 코어일 수 있는 코어(91)를 포함한다. 전력 전송 케이블(90)은 또한 꼬인 코어(91) 둘레에 적어도 하나의 도체 층을 포함한다. 도시된 바와 같이, 전력 전송 케이블은 2개의 도체 층(93A, 93B)을 포함한다. 더 많은 도체 층이 필요에 따라 사용될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 각각의 도체 층은 복수의 도체 와이어를 포함한다. 도체 와이어용으로 적합한 재료는 알루미늄 및 알루미늄 합금을 포함한다. 도체 와이어는 당업계에 알려진 바와 같은 적합한 케이블 스트랜딩 장비에 의해 꼬인 코어(91) 둘레에서 꼬일 수 있다.An end view of one exemplary embodiment of such a transmission cable is shown as
꼬인 케이블이 최종 물품 자체로서 사용되거나, 중간 물품 또는 상이한 후속 물품 내의 구성요소로서 사용되는 다른 응용에서, 꼬인 케이블은 복수의 금속 매트릭스 복합 와이어(81) 둘레에 전력 도체 층이 없는 것이 바람직하다.In other applications where the twisted cable is used as the final article itself, or as a component in an intermediate article or a different subsequent article, the twisted cable preferably lacks a power conductor layer around the plurality of metal
복합 와이어로부터 제조된 케이블에 관한 추가의 세부 사항은, 예를 들어 미국 특허 제6,180,232호(맥컬로우 등)호, 제6,245,425호(맥컬로우 등), 제6,329,056호(디브 등), 제6,336,495호(맥컬로우 등), 제6,344,270호(맥컬로우 등), 제6,447,927호(맥컬로우 등), 제6,460,597호(맥컬로우 등), 제6,485,796호(카펜터 등), 제6,544,645호(맥컬로우 등), 제6,559,385호(존슨 등), 제6,692,842호(맥컬로우 등), 제6,723,451호(맥컬로우 등), 제6,796,365호(맥컬로우 등), 제6,913,838호(맥컬로우 등), 제7,093,416호(존슨 등), 및 제7,131,308호(맥컬로우 등); 2005년 8월 18일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 제2005/0181228-A1호, 2006년 5월 18일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 제2006/0102377-A1호, 및 2006년 5월 18일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 제2006/0102378-A1호; 2003년 3월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/403,643호, 2005년 12월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/317,608호, 2005년 12월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/318,368호, 및 2004년 6월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/870,262호; 및 1996년 5월 21일자로 공개된 PCT 출원 공개 WO 97/00976호, 2003년 11월 6일자로 공개된 WO 2003/091008A호, 및 2005년 5월 6일자로 공개된 WO 2005/040017A호에 개시되어 있다. 케이블을 포함하는 알루미늄 매트릭스 복합재가 또한, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니로부터 "795 kcmil ACCR"이라는 상표명으로 입수가능하다.Further details regarding cables made from composite wires are described, for example, in U.S. Pat. McCullo et al.), 6,344,270 (McCalllow, etc.), 6,447,927 (McCalllow, etc.), 6,460,597 (McCalllow, etc.), 6,485,796 (Carpenter, etc.), 6,544,645 (McCalllow, etc.) 6,559,385 (Johnson, etc.), 6,692,842 (McClow, etc.), 6,723,451 (McCrowlow, etc.), 6,796,365 (McCrowlow, etc.), 6,913,838 (McCrowlow, etc.), 7,093,416 (Johnson, etc.) And 7,131,308 (McClow, et al.); US Patent Application Publication No. 2005 / 0181228-A1, published August 18, 2005, US Patent Application Publication No. 2006 / 0102377-A1, published May 18, 2006, and May 18, 2006. Published US Patent Application Publication No. 2006 / 0102378-A1; US Patent Application No. 10 / 403,643, filed March 31, 2003, US Patent Application No. 11 / 317,608, filed December 23, 2005, US Patent Application No. 11, December 23, 2005 / 318,368, and US Patent Application No. 10 / 870,262, filed June 17, 2004; And PCT application publication WO 97/00976 published May 21, 1996, WO 2003 / 091008A published November 6, 2003, and WO 2005 / 040017A published May 6, 2005. Is disclosed. Aluminum matrix composites comprising cables are also available, for example, under the trade name "795 kcmil ACCR" from 3M Company.
본 발명의 이점 및 실시 형태는 다음의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이러한 실시예에서 언급되는 특정 재료 및 그의 양과 기타 조건 및 세부 사항은 본 발명을 과도하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 모든 부 및 비율은 달리 표시되지 않는 한 중량 기준이다.The advantages and embodiments of the present invention are further illustrated by the following examples, but the specific materials and amounts thereof and other conditions and details mentioned in these examples should not be construed as excessively limiting the present invention. All parts and ratios are by weight unless otherwise indicated.
실시예Example 1 One
실시예 1에 대한 와이어를 다음과 같이 제조하였다. 와이어를 도 7에 도시된 장치(60)를 사용하여 제조하였다. (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 610"이라는 상표명으로 시판되는) 10,000 데니어 알파 알루미나 섬유의 7개의 단선을 공급 스풀(62)로부터 공급하고, 원형 다발로 평행하게 하고(collimated), 1100℃로 가열된 3 미터 (9.8 피트) 길이의 알루미나 튜브(63)를 통해 549 ㎝/분 (216 in./분)으로 통과시킴으로써 열 세척(heat-cleaned)하였다. 이어서, 열 세척된 섬유(61)를 진공 챔버(64) 내에서 소기시키고 나서, (미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 벡 알루미늄 컴퍼니.(Beck Aluminum Co.)로부터 입수한) 금속 알루미늄(99.99% Al) 매트릭스 재료의 용융물(용융된 금속)(75)을 함유하는 도가니(crucible, 65)로 진입시켰다. 섬유를 캐터필러(70)에 의해 공급 스풀(62)로부터 당겼다. 초음파 프로브(66, 66A)를 섬유 주변의 용융물(75) 내에 위치시켜서, 용융물(75)을 섬유(61)의 단선 내로 침윤시키는 것을 보조하였다. 와이어(71)의 용융된 금속을, 출구 다이(68)를 통해 도가니(65)를 빠져 나온 후에 냉각 및 고화시켰지만, 일부 냉각은 와이어(71)가 도가니(65)를 완전히 빠져 나오기 전에 발생할 수 있었다. 또한, 와이어(71)의 냉각은 분 당 160 리터의 유량으로 와이어(71) 상에 충돌하는, 냉각 장치(69)를 통해 송출되는 공기 스트림에 의해 향상시켰다. 와이어(71)를 스풀(72) 상으로 수집하였다.The wire for Example 1 was prepared as follows. The wire was made using the
섬유(61)를 용융물(75)로 진입시키기 전에 소기시켰다. 진공 챔버 내의 압력은 약 27 ㎩ (200 밀리토르)였다. 진공 시스템(64)은 섬유(61)의 다발의 직경과 정합하도록 크기가 결정된 25 ㎝ 길이의 알루미나 진입 튜브를 구비하였다. 진공 챔버(64)는 21 ㎝ 길이 및 10 ㎝ 직경이었다. 진공 펌프의 용량은 0.37 ㎥/분이었다. 소기된 섬유(61)를 금속 조를 관통하는 진공 시스템(64) 상의 튜브를 통해 용융물(75) 내로 삽입하였다(즉, 소기된 섬유(61)는 용융물(75) 내로 도입될 때 진공 하에 있었다). 출구 튜브의 내경은 섬유 다발(61)의 직경과 정합하였다. 출구 튜브의 일부를 용융된 금속 내에서 3 ㎜ (0.125 인치)의 깊이로 침지시켰다.The
섬유(61) 내로의 용융된 금속(75)의 침윤은 진동 혼(vibrating horn, 66, 66A)의 사용에 의해 향상시켰으며, 이 혼은 19.8 ㎝ (7.8 인치) 이격되고 용융된 금속(75) 내로 3.2 ㎝ (1.25 인치)에 배치되어 혼은 섬유(61)에 매우 근접하게 있었다. 혼(66, 66A)을 19.7 ㎑에서, 그리고 0.018 ㎜ (0.0007 인치)의 공기 중의 진폭으로 진동하도록 구동시켰다. 혼(66, 66A)을 (미국 일리노이주 시카고 소재의 티타늄 인더스트리즈(Titanium Industries)로부터의 31.8 ㎜ (1.25 인치) 직경의 티타늄 Ti6-4 로드 스톡(rod stock)으로부터 가공된) 티타늄 도파관에, 다른 티타늄 도파관(즉, 4개의 티타늄 도파관이 사용되었음)에 끼워진 열 수축부를 거쳐 연결시켰으며, 이 도파관 각각(즉, 후자의 2개의 티타늄 도파관)은 이어서 초음파 부스터(ultrasonic booster) (즉, 2개의 초음파 부스터가 있음)에 연결되고, 이 부스터는 이어서 트랜스듀서(transducer) (즉, 2개의 트랜스듀서가 있음; 초음파 부스터 및 초음파 트랜스듀서는 미국 코네티컷주 댄버리 소재의 소닉스 앤드 머티리얼 즈(Sonics & Materials)로부터 입수함)에 연결시켰다.Infiltration of the
섬유(61)는 섬유 중심선에 대해 혼 팁의 1.3 ㎜ 내에 있었다. 혼 팁은 질화규소 및 알루미나의 혼합물("시알론"(SIALON); 미국 오하이오주 블랭체스터 소재의 콘솔리데이티드 세라믹스(Consolidated Ceramics)로부터 입수함)로 제조하였다. 세라믹 혼 팁을 30.5 ㎝ (12 인치) 길이 및 2.5 ㎝ (1 인치) 직경의 실린더 내로 끼웠다. 세라믹 혼 팁은 교차 해칭된(cross-hatched) 90°"V" 홈(0.25 ㎝ (0.1 인치)의 중심 대 중심 거리에서, 0.5 ㎜ (0.020 인치) 깊이)으로 격자 형성하였다. 실린더를 그의 길이를 변경함으로써 19.7 ㎑의 원하는 진동 주파수로 조절하였다.The
용융된 금속(75)을 침윤 이전에 탈기시켰다(예를 들어, 용융된 금속 내에 용해된 기체(예컨대, 수소)의 양을 감소시킴). (미국 일리노이주 시카고 소재의 브루문드 파운드리, 인크.(Brumund Foundry, Inc)로부터 입수한) 휴대용 회전식 탈기 유닛을 사용하였다. 사용된 기체는 아르곤이었고, 아르곤 유량은 분 당 1.05 리터였고, 속도는 분 당 50 리터로 설정된 모터에 대한 공기 유량에 의해 제공하였으며, 지속 시간은 60분이었다.The
질화규소 출구 다이(68)를 원하는 와이어 직경을 제공하도록 구성하였다. 출구 다이의 내경은 2.08 ㎜ (0.082 인치)였다.Silicon nitride outlet die 68 was configured to provide the desired wire diameter. The inner diameter of the exit die was 2.08 mm (0.082 inches).
꼬인 코어를 캐나다 몬트리올 소재의 와이어 로프 컴퍼니(Wire Rope Company)의 스트랜딩 장비 상에서 꼬았다. 케이블은 중앙에 하나의 와이어, 좌선성 배치의 제1 층 내의 6개의 와이어, 및 그 다음 우선성 배치의 제2 (외부) 층 내의 12개의 와이어를 가졌다. 함께 나선형으로 권취되기 전에, 개별 와이어들을 분 리된 보빈(bobbin)들 상에 제공하였고, 이를 이어서 스트랜딩 장비의 2개의 모터 구동식 캐리지 내에 배치하였다. 제1 캐리지는 최종 꼬인 케이블의 제1 층을 위한 6개의 보빈을 유지하였고, 제2 캐리지는 꼬인 케이블의 제2 층을 위한 12개의 보빈을 유지하였다. 각각의 층의 와이어들을 캐리지의 출구에서 모아서, 선행 와이어 또는 층 위에 배열하였다. 케이블 꼬임 공정 중에, 중심 와이어를 캐리지의 중심을 통해 당겼고, 각각의 캐리지는 꼬인 케이블에 하나의 층을 추가하였다. 각각의 층 내에 추가된 개별 와이어들을 모터 구동식 캐리지에 의해 케이블의 중심 축 둘레로 회전시키면서, 그들 각각의 보빈으로부터 동시에 당겼다. 그 결과 나선형으로 꼬인 코어가 되었다.The twisted core was twisted on the stranding equipment of the Wire Rope Company, Montreal, Canada. The cable had one wire in the center, six wires in the first layer of the left linear arrangement, and then twelve wires in the second (outer) layer of the preferential arrangement. Before being spirally wound together, individual wires were provided on separate bobbins, which were then placed in two motorized carriages of the stranding equipment. The first carriage held six bobbins for the first layer of twisted cable and the second carriage held twelve bobbins for the second layer of twisted cable. Wires of each layer were collected at the exit of the carriage and arranged over the preceding wire or layer. During the cable twisting process, the center wire was pulled through the center of the carriage, with each carriage adding one layer to the twisted cable. Individual wires added in each layer were simultaneously pulled from their respective bobbins, rotating about the central axis of the cable by a motor driven carriage. The result is a spirally twisted core.
꼬인 코어를 종래의 테이핑 장비(미국 뉴저지주 패터슨 소재의 왓슨 머신 인터내셔널(Watson Machine International)로부터의 모델 300 콘센트릭 테이핑 헤드(Concentric Taping Head))를 사용하여 접착 테이프로 감쌌다. 테이프 배킹은 유리섬유를 갖는 알루미늄 호일 테이프였고, (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 "호일/글래스 클로쓰 테이프(FOIL/GLASS CLOTH TAPE) 363"이라는 상표명으로 입수한) 감압 실리콘 접착제를 가졌다. 테이프의 총 두께는 0.18 ㎜ (0.0072 인치)였다. 테이프는 1.90 ㎝ (0.75 인치) 폭이었다.The twisted core was wrapped with adhesive tape using conventional taping equipment (Model 300 Concentric Taping Head from Watson Machine International, Paterson, NJ). The tape backing was an aluminum foil tape with fiberglass and had a pressure sensitive silicone adhesive (obtained under the trade name "FOIL / GLASS CLOTH TAPE 363" from 3M Company, St. Paul, Minn.) . The total thickness of the tape was 0.18 mm (0.0072 inches). The tape was 1.90 cm (0.75 inches) wide.
최종 코어의 직경은 공칭적으로 10.4 ± 0.25 ㎜ (0.410 ± 0.01 인치)였고, 꼬인 층의 배치 길이는 공칭적으로 제1 층에 대한 좌선성 배치에서 41.1 ㎝(16.2 인치) 및 제2 (외부) 층에 대한 우선성 배치에서 68.8 ㎝ (27.1 인치)였다.The diameter of the final core was nominally 10.4 ± 0.25 mm (0.410 ± 0.01 inch), and the batch length of the twisted layer was nominally 41.1 cm (16.2 inches) and the second (outside) in a left-right arrangement for the first layer. 68.8 cm (27.1 inches) in the priority batch for the layer.
알루미늄 합금 와이어를 벨기에 헤믹셈 소재의 라미필 엔.브이.(Lamifil N.V.)로부터 "ZTAL"이라는 상표명으로 입수한, 알루미늄/지르코늄 로드(9.8 ㎜ (0.386 인치) 직경)로부터 제조하였다. 최소 특성 요건은 120.0 ㎫ (17,400 psi)의 인장 강도, 10.0%의 연신율, 및 60.5% IACS의 전기 전도성에 대한 것이다. 로드를 당업계에 알려진 바와 같이 5개의 다이를 사용하여 실온에서 인발하였다. (미국 일리노이주 버 리지 소재의 브론슨 앤드 브래튼(Bronson & Bratton)으로부터 입수한) 인발 다이는 탄화텅스텐으로 제조되었고, 입수 당시에(as-received) 고도로 연마된 다이 표면을 가졌다. 탄화텅스텐 다이의 기하학적 형상은 60°진입각, 16-18°축소각, 다이 직경의 30%인 베어링 길이, 및 60°후방 릴리프각을 가졌다. 다이를 인발 오일을 사용하여 윤활 및 냉각시켰다. 인발 시스템은 40-50℃ 범위로 설정된 온도에서, 다이 당 분 당 60-100 리터 범위로 설정된 유량으로 오일을 송출하였다.Aluminum alloy wires were made from aluminum / zirconium rods (9.8 mm (0.386 inch) diameter), obtained under the trade name "ZTAL" from Lamifil N.V., Hemixem, Belgium. Minimum characteristic requirements are for tensile strength of 120.0 MPa (17,400 psi), elongation of 10.0%, and electrical conductivity of 60.5% IACS. The load was drawn at room temperature using five dies as known in the art. The drawing die (obtained from Bronson & Bratton, Burr, Illinois, USA) was made of tungsten carbide and had a highly polished die surface as-received. The tungsten carbide die geometry had a 60 ° entry angle, a 16-18 ° reduction angle, a bearing length of 30% of the die diameter, and a 60 ° rear relief angle. The die was lubricated and cooled using drawing oil. The drawing system delivered oil at a temperature set in the range 40-50 ° C., at a flow rate set in the range 60-100 liters per minute per die.
그 후, 이러한 와이어를 보빈 상으로 권취하였다. 각각의 6개의 공급 원료 로드로부터 제조되어 생성된 와이어의 다양한 특성이 아래의 표 2에 나열되어 있다.Thereafter, this wire was wound onto the bobbin. The various properties of the wires produced and produced from each of the six feedstock rods are listed in Table 2 below.
도르래 시험을 위해 사용한 케이블을 표 2에서 언급된 6개의 상이한 와이어로부터의 와이어를 사용하여, 8개 케이블의 배치(batch)로서 제조하였다. 스트랜딩 장비 내에 장착된 26개의 보빈, 제1 내부 층을 꼬기 위한 10개의 와이어, 제2 외부 층을 꼬기 위한 16개의 와이어가 있었고, 와이어를 "샘플링된 보빈"인, 시험을 위한 이들의 하위 세트로부터 취하였다.The cable used for the pulley test was made as a batch of eight cables, using wires from the six different wires mentioned in Table 2. There were 26 bobbins mounted in the stranding equipment, 10 wires for twisting the first inner layer, 16 wires for twisting the second outer layer, and a subset of these for testing, where the wires were "sampled bobbins" Was taken from.
케이블은 종래의 유성 스트랜딩 기계와 코어 및 (내부 및 외부) 와이어를 사용하여, 캐나다 사스캐체완 웨이번 소재의 넥산스(Nexans)에 의해 제조되었다. 케이블을 제조하기 위한 장치(180)의 개략도가 도 8, 도 8A 및 도 8B에 도시되어 있다.The cables were manufactured by Nexans, Wesburn, Saskatchewan, Canada, using conventional planetary stranding machines and cores and (internal and external) wires. A schematic of an
코어의 스풀(181)을 종래의 유성 스트랜딩 기계(180)의 헤드에 제공하였고, 스풀(181)은 장력이 제동 시스템을 거쳐 가해질 수 있는 상태에서, 자유롭게 회전하였다. 풀림 중에 코어에 가해지는 장력은 45 ㎏ (100 lbs.)이었다. 코어를 실온(약 23℃ (73℉))에서 투입하였다. 코어를 보빈 캐리지(182, 183)의 중심을 통해, 폐쇄 다이(184, 185)를 통해, 캡스턴 휠(capstan wheel, 186) 둘레에 감아서, 종래의 권취 스풀(152 ㎝ (60 인치) 직경)(187)에 부착하였다.The
외부 꼬임 층의 인가 이전에, 개별 와이어를 스트랜딩 장비의 다수의 모터 구동식 캐리지(182, 183) 내에 위치된 분리된 보빈(188A, 188B)들 상에 제공하였다. 보빈(188A, 188B)으로부터 와이어(89)를 당기기 위해 요구되는 장력의 범위는 11-14 ㎏ (25-30 lbs.) 범위로 설정하였다. 꼬임 스테이션은 캐리지 및 폐쇄 다이로 구성된다. 각각의 꼬임 스테이션에서, 각각의 층의 와이어(189A, 189B)를 각각 폐쇄 다이(184, 185)에서의 각각의 캐리지의 출구에서 모아서, 각각 중심 와이어 또는 선행 층 위에 배열하였다. 따라서, 코어는 2개의 꼬임 스테이션을 통과하였다. 제1 스테이션에서, 10개의 와이어를 좌선성 배치로 코어 위에서 꼬았다. 제2 스테이션에서, 16개의 와이어를 우선성 배치로 선행 층 위에서 꼬았다.Prior to the application of the outer twisted layer, individual wires were provided on
코어 재료 및 주어진 층에 대한 와이어를 적용 가능할 경우 폐쇄 다이(184, 185)를 거쳐 접촉시켰다. 폐쇄 다이는 실린더(도 8A 및 도 8B 참조)였고, 볼트를 사용하여 정위치에 유지되었다. 다이는 나일론으로 제조되었고, 완전히 폐쇄될 수 있었다.The core material and wires for a given layer were contacted via closed dies 184, 185 where applicable. The closing die was a cylinder (see FIGS. 8A and 8B) and held in place using bolts. The die was made of nylon and could be closed completely.
최종 케이블을 캡스턴 휠(186)을 통과시켰고, 궁극적으로 (107 ㎝ 직경 (42 인치)) 권취 스풀(187) 상으로 권취하였다.The final cable was passed through
내부 층은 19.3 ㎜ (0.760 인치)의 외부 층 직경, 27.4 ㎝ (10.8 인치)의 좌선성 배치로 422 ㎏/km (283.2 lbs./kft.)의 내부 층의 단위길이 당 질량을 갖는 10개의 와이어로 구성하였다. 내부 층용의 (나일론으로 제조된) 폐쇄 블록은 19.3 ㎜ (0.760 인치)의 내경으로 설정하였다. 따라서, 폐쇄 블록은 케이블 직경과 정확히 동일한 직경으로 설정되었다.The inner layer is 10 wires with a mass per unit length of the inner layer of 422 kg / km (283.2 lbs./kft.) With a left layer diameter of 19.3 mm (0.760 inches), a left linear arrangement of 27.4 cm (10.8 inches). It consisted of. The closed block (made of nylon) for the inner layer was set to an internal diameter of 0.760 inches (19.3 mm). Thus, the closed block was set to a diameter exactly the same as the cable diameter.
외부 층은 28.1 ㎜ (1.106 인치)의 외부 층 직경, 30 ㎝ (11.8 인치)의 우선성 배치로 691.0 ㎏/km (463.1 lbs./kft.)의 외부 알루미늄 층의 단위길이 당 질량을 갖는 16개의 와이어로 구성하였다. 알루미늄 합금 와이어의 단위길이 당 총 질량은 1109 ㎏/km (743.6 lbs./kft.)였고, 코어의 단위길이 당 총 질량은 229.0 ㎏/km (153.5 lbs./kft.)였으며, 단위길이 당 총 도체 질량은 1342 ㎏/km (899.8 lbs./kft.)였다. 외부 층용의 (나일론으로 제조된) 폐쇄 블록은 28 ㎜ (1.1 인치)의 내경으로 설정하였다. 따라서, 폐쇄 블록은 최종 케이블 직경과 정확히 동일한 직경으로 설정되었다.The outer layer is 16 layers having a mass per unit length of an outer aluminum layer of 691.0 kg / km (463.1 lbs./kft.) With a priori arrangement of 28.1 mm (1.106 inches) outer layer diameter, 30 cm (11.8 inches). Made of wire. The total mass per unit length of the aluminum alloy wire was 1109 kg / km (743.6 lbs./kft.), The total mass per unit length of the core was 229.0 kg / km (153.5 lbs./kft.), And the total mass per unit length. The conductor mass was 1342 kg / km (899.8 lbs./kft.). The closed block (made of nylon) for the outer layer was set to an internal diameter of 28 mm (1.1 inches). Thus, the closure block was set to the exact same diameter as the final cable diameter.
(풀림 보빈에서의) 내부 와이어 및 외부 와이어 장력은 (미국 일리노이주 시카고 소재의 맥매스터-카드(McMaster-Card)로부터 입수한) 휴대형 힘 게이지를 사용하여 측정하였고 13.5-15 ㎏ (29-33 lbs.) 범위로 설정하였으며, 코어 풀림 장력은 약 90 ㎏ (198 lbs.)에서 보빈과 동일한 측정 방법을 사용하여 브레이크(brake)에 의해 설정하였다. 또한, 스트레이트너(straightener)는 사용하지 않았으며, 케이블을 감았다. 코어를 실온(약 23℃ (73℉))에서 투입하였다.Internal and external wire tension (in loose bobbin) was measured using a handheld force gauge (obtained from McMaster-Card, Chicago, Illinois, USA) and measured 13.5-15 kg (29-33 lbs) .) And the core loosening tension was set by brake using the same measurement method as bobbin at about 90 kg (198 lbs.). In addition, straighteners were not used and the cables were wound. The core was charged at room temperature (about 23 ° C. (73 ° F.)).
도 9를 참조하면, 시험 고정구(200)를 다음의 시험 방법을 사용하여 생성된 도체 케이블(202)을 시험하기 위해 이용하였다. 도체 케이블(202)의 12.2 미터 (40 피트) 섹션을 바닥 상에서 직선으로 배치하였다. (미국 사우스 캐롤라이나주 스펜서 소재의 월 인더스트리즈(Wall Industries)로부터 "유니라인"(UNILINE)이라는 상표명으로 입수한) 저 연신 로프(204)의 하나의 49 미터 (160 피트) 부분을 (도시 안된) 당김 그립을 사용하여 도체 케이블(202)의 각각의 단부에 부착하여, 61 미터 (200 피트) 루프를 형성하였다. 특히, 저 연신 로프의 각각의 단부에, 와이어 메시 그립을 설치하였고, 도체 케이블 섹션의 각각의 단부에, 와이어 메시 그립을 부착하였다. 로프(204) 및 도체 케이블(202)의 단부들에서의 와이어 메시 그립의 루프들을 (도시 안된) 스위블 커플링(swivel coupling)을 사용하여 모아서 서로 부착하였다. 그 후, 루프의 도체 케이블 섹션을 절반으로 절단하여, (미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 프리폼드 라인 프로덕츠로부터 "서몰라인"이라는 상표명의 부품 번호 TLSP-795로 입수한) 가요성, 완전 인장 스플라이스(206)로 재연결하였다. 스플라이스(206)의 단부들을 스플라이스(206)의 로드가 도르래(214) 상에 포착되는 것을 방지하기 위해 테이핑하였다.Referring to FIG. 9, a
그 후, 저 연신 로프(204), 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)의 결과적인 루프를 시험 고정구(200) 상에 설치하였다. 시험 고정구(200)는 3개의 도르래, 로프(204), 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)의 루프를 화살표에 의해 표시된 방향으로 구동하기 위한 제1 고정 구동 도르래(210), 루프에 힘(F)을 가하기 위한 제2 가변 장력 도르래(212), 및 로드셀(load cell, 216)이 장착된 제3 도르래(214)로 구성하였다. 제1 고정 구동 도르래(210)는 직경이 140 ㎝ (55 인치)였고, 제2 가변 장력 도르래(212)는 직경이 140 ㎝ (55 인치)였으며, 제3 도르래(214)는 직경이 92 ㎝ (36 인치)였다. 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 16.3% 내지 17.3% 범위의 % RBS 장력에서 18.7도의 꺾임각(θ)으로 제3 도르래(214)를 거쳐 당겼다.Thereafter, the resulting loop of
꺾임각(θ)은 제2 도르래(212)의 위치를 변화시킴으로써 또는 로프(204), 도체 케이블(202) 및 스플라이스(204)의 루프의 길이를 조정함으로써 설정하였다. 예상 꺾임각을 현장에서 설정하였고, 실제 꺾임각을 시험 고정구(200)의 디지털 사진의 화상 처리에 의해 이후에 정확하게 측정하였다. 루프의 % RBS 장력(T)은 방정식 T = R/2sin(θ/2)를 사용하여 로드셀(216)에 의해 측정된 합력(R)을 사용하여 모니터링하였다. 시험 중에, % RBS 장력은 루프의 연신으로 인해 변동되었고, 시험 중에 제2 도르래(212)에 의해 조정하였다.The bending angle θ was set by changing the position of the
도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)는 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 제3 도르래(214)를 거쳐 당기고, 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 제1 또는 제2 도르래(210, 212)를 거쳐 통과하기 전에 정지시키고, 그 다음 로프(204), 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)의 루프에 대한 장력을 제거하고, 루프를 재설정함으로써 제3 도르래(214)를 거쳐 순환시켰다. 순환 중에, 시험 조작자는 복합 와이어 코어 파단을 나타내는 "클릭"과 같은 임의의 음향 잡음에 주의하였다. 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)의 제3 도르래(214)를 거친 20회 사이클 후에, 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 분해하였고, 도체 케이블을 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 와이어의 시각적 검사에서 유의한 손상은 없는 것으로 나타났다. 추가로, 스플라이스(206)는 뒤틀림 또는 영구적인 변형의 징후를 보이지 않았다. 클릭음 또는 다른 가청 신호 중 어느 것도 관찰되지 않았다. 따라서, 케이블 또는 스플라이스에 대한 유의한 손상은 없는 것으로 결론지었다.
실시예 2Example 2
실시예 2에 대해, 제3 도르래(214)가 45도 원호를 따라 배치된 6개의 18 ㎝ (7 인치) 직경 도르래의 롤러 어레이로서 152 ㎝ (60 인치)의 총 유효 반경을 형성하였으며 시험을 29.6도의 꺾임각(θ) 및 9.7% 내지 11% 범위의 % RBS 장력에서 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 절차를 따랐다. 제3 도르래(214)를 거친 3회의 사이클 후에, 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 분해하였고, 도체 케이블 와이어를 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 클릭음 또는 다른 가청 신호는 관찰되지 않았다. 와이어의 시각적 검사에서 유의한 손상은 없는 것으로 나타났다. 추가로, 스플라이스(206)는 뒤틀림 또는 영구적인 변형의 징후를 보이지 않았다. 따라서, 케이블 또는 스플라이스에 대한 유의한 손상은 없는 것으로 결론지었다.For Example 2, a
실시예 3Example 3
실시예 3에 대해, 제3 도르래(214)가 6개의 18 ㎝ (7 인치) 직경 도르래의 동일한 롤러 어레이였으며, 시험을 33.8도의 꺾임각 및 16.6% 내지 17.4% 범위의 % RBS 장력에서 수행한 것을 제외하고는, 실시예 2에서 설명된 절차를 따랐다. 제3 도르래(214)를 거친 3회의 사이클 후에, 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 분해하였고, 도체 케이블 와이어를 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 클릭음 또는 다른 가청 신호는 관찰되지 않았다. 와이어의 시각적 검사에서 유의한 손상은 없는 것으로 나타났다. 추가로, 스플라이스(206)는 뒤틀림 또는 영구적인 변형의 징후를 보이지 않았다. 따라서, 케이블 또는 스플라이스에 대한 유의한 손상은 없는 것으로 결론지었다.For Example 3, the
실시예Example 4 4
실시예 4에 대해, 제3 도르래(214)가 6개의 18 ㎝ (7 인치) 직경 도르래의 동일한 롤러 어레이였으며, 시험을 39도의 꺾임각 및 10.1% 내지 10.6% 범위의 % RBS 장력에서 수행한 것을 제외하고는, 실시예 2에서 설명된 절차를 따랐다. 제3 도르래를 거친 3회의 사이클 후에, 도체 케이블(202) 및 스플라이스(206)를 분해하였고, 도체 케이블 와이어를 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 클릭음 또는 다른 가청 신호는 관찰되지 않았다. 와이어의 시각적 검사에서 유의한 손상은 없는 것으로 나타났다. 추가로, 스플라이스(206)는 뒤틀림 또는 영구적인 변형의 징후를 보이지 않았다. 따라서, 케이블 또는 스플라이스에 대한 유의한 손상은 없는 것으로 결론지었다.For Example 4, the
비교예 AComparative Example A
비교예 A에 대해, 제3 도르래(214)가 직경이 71 ㎝ (28 인치)였으며, 시험을 33도의 꺾임각 및 8.7% 내지 10.1% 범위의 % RBS 장력에서 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명된 절차를 따랐다. 추가로, 스플라이스를 적용하지 않았고, 도체 케이블 섹션은 연속적이었다. 또한, 루프는 각각의 사이클 후에 하중을 제거하여 역전시키지 않고, 시험 장력 하에서 전체 루프 둘레에서 연속적으로 구동하였다. 제1 사이클 후에, 도체 케이블(202)이 도체 케이블(202)의 후단부 상의 와이어 메시 그립의 영역 내에서 제3 도르래(214)를 떠날 때, 가청 "클릭"이 들렸다. 시험은 5회 사이클 후에 정지시켰다. 제3 도르래(214)를 거친 5회 사이클 후에, 도체 케이블(202)을 분해하였고, 도체 케이블 와이어를 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 와이어의 시각적 검사에서 도체 케이블(202)의 후단부측 상의 도체 케이블(202)로부터 와이어 메시 그립으로의 전이부에서 하나의 파단된 코어 와이어가 있는 것으로 나타났다. 잔여 와이어는 손상되지 않았으며, 다른 유의한 손상은 나타나지 않았다. 따라서, 와이어 메시 그립의 존재로 인해 도체 케이블(202)에 대한 유의한 손상이 있는 것으로 결론지었다.For Comparative Example A, the
비교예Comparative Example B B
비교예 B에 대해, 제3 도르래(214)는 직경이 71 ㎝ (28 인치)로 동일하였지만, 시험을 33도의 꺾임각 및 7.3% 내지 7.9% 범위의 % RBS 장력에서 수행한 것을 제외하고는, 비교예 A에서 설명된 절차를 따랐다. 제3 도르래(214)를 거친 20회 사이클 후에, 도체 케이블(202)을 분해하였고, 도체 케이블 와이어를 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 클릭음 또는 다른 가청 신호는 관찰되지 않았다. 와이어의 시각적 검사에서 유의한 손상은 없는 것으로 나타났다. 따라서, 도체 케이블(202)에 대한 유의한 손상은 없는 것으로 결론지었다.For Comparative Example B, the
구체적인 실시 형태가 본 명세서에서 도시되고 설명되었지만, 다양한 대안 및/또는 동등한 구현예가, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 도시되고 설명된 구체적인 실시 형태를 대체할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에서 논의된 구체적인 실시 형태의 모든 개작 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 그러므로, 본 발명은 청구의 범위 및 그의 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.While specific embodiments have been shown and described herein, those skilled in the art will understand that various alternatives and / or equivalent embodiments may be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the invention. This application is intended to cover all adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. It is therefore intended that the present invention be limited only by the claims and the equivalents thereof.
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